(57)【要約】【課題】インクジェット記録ヘッドが加熱され熱膨張を起こし、その後の除冷時に構成部材の熱膨張係数の違いにより発生する収縮ストレスから、アクチュエータチップを解放し、正常なインク噴射を実現することが可能とするインクジェット記録装置の提供を課題とする。【解決方法】インクジェット記録ヘッドにおいて、インクを噴射するための圧力を発生させるアクチュエータチップとそれを固定するフレームであるベースプレートの結合を直接接着剤などで固定せずに、前記アクチュエータチップを他の部材を用いて前記ベースプレートによって支持することを特徴とするインクジェット記録ヘッド【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口する一端面にはノズル開口を有するノズルプレートが接合され、該ノズル開口に連通する複数の溝の側壁に蒸着処理された電極を有する圧電セラミックからなるアクチュエータプレートと、該アクチュエータプレートに形成された前記溝が開口する一方面を覆ってインクを供給するインク供給路が形成されたカバープレートとが接合されてなるアクチュエータチップと、該アクチュエータチップを支持するベースプレートとを備え、インクを前記ノズル開口から噴射して被記録媒体に記録するインクジェット記録ヘッドであって、
前記アクチュエータチップは、前記ベースプレートとの熱膨張率の違いにより不要な応力がかからないような支持構造によって前記ベースプレートに支持されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記支持構造は、前記ベースプレートと対向する前記アクチュエータプレートが前記ベースプレートと接しないように、コ字状に形成された前記ベースプレートの側縁柱部に前記カバープレートの上面部に接合された流路形成基板の両端部を架設して前記アクチュエータチップを宙吊りにする宙吊り構造であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
請求項１において、前記支持構造は、前記ベースプレート上に形成した熱伝導性の高い部材を介して前記アクチュエータチップを積層して支持する構造であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３において、前記アクチュエータチップとインク滴を噴射するノズルを有するノズルプレートとの接着の強度を向上させるため、前記アクチュエータチップと前記ノズルプレートのそれぞれの部材における結合面端部に接着剤を塗布することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
請求項４において、前記アクチュエータチップと前記ノズルプレートのそれぞれの部材における結合面端部に塗布する接着剤としてエポキシ系接着剤を用いることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
請求項３において、前記熱伝導性の高い部材が熱伝導性シリコン封止剤であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかのインクジェット記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プリンター・ファックス等に用いられ、ノズル開口からインクを噴射して被記録媒体に記録するインクジェット記録ヘッドと、該ヘッドを搭載するインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、インクを噴射する複数のノズルを有するインクジェット記録ヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置では、インクジェット記録ヘッドの装備されたノズルからインクを噴射し、ノズルに対向するように設けられた被記録媒体に記録する。このようなインクジェット記録ヘッドの分解略斜視図を図１に、また要部側断面図を図２に、図２のＸ−Ｘ線矢視要部正断面図を図３に示す。図１〜３に示すように、圧電セラミックから成るアクチュエータプレート１には、その幅方向に複数の溝２が設けられ、各溝２は側壁３で分離されている。各溝２はアクチュエータプレート１の一端面まで伸びており、もう一方の端面は溝深さが除々に浅くなっている。また、溝２の両側面には長手方向にわたって駆動電界印加用の電極５が蒸着されている。
【０００３】
アクチュエータプレート１の溝２の開溝方向には、カバープレート４が接着剤６を介して接合されている。カバープレート４にはアクチュエータプレート１にインクを供給するための凹部となる共通インク室７と、その共通インク室７と連結し対向する位置にインク供給路８が設置されている。前記インク供給路８には流路形成基板９のインク流路１０が連通・開口している。
【０００４】
ここで、アクチュエータプレート１とカバープレート４の接合体をアクチュエータチップ１１と呼称する。このアクチュエータチップ１１の溝２の開口している端面には、ノズルプレート１２が接着剤によって貼り付け・接合されている。
【０００５】
ノズルプレート１２の前記各溝２には、各溝２に合わせてノズル１３が形成されている。また、ノズルプレート１２の対面、アクチュエータチップ１１の溝２が浅くなっている面には、電極５と電通するようにフレキシブル基盤１４が固着されている。フレキシブル基盤１４のアクチュエータチップ１１との接合反対面には、同様に溝２に蒸着された電極５に導通するように、電界を印加させるための制御基盤１５が連結されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
前記のように構成される記録ヘッドでは、インク流路１０からインク供給路８、共通インク室７を介して各溝２内にインクを充填し、所定の溝２の両側側壁３蒸着された電極５に駆動電界を作用させると、側壁３が変形して所定の溝２内の容積が変化し、溝２内に圧力が発生して溝２内のインクがノズル１３から噴射される。
【０００７】
例えば要部正断面図である図４に示すように、溝２ａに対応するノズル１３からインクを噴射する場合には、溝２ａの電極５ａ、５ｂに正の電圧を印加するとともに、それぞれの電極に対向する５ｃ、５ｄを接地するようにする。これにより、側壁３ａ、３ｂには溝２ａに向かう方向の駆動電界が作用し、これが圧電セラミックからなるアクチュエータプレート１の分極方向と直交すれば．圧電厚み滑り効果により側壁３ａ、３ｂ溝２方向に反り変形し、溝２内の容積が減少して圧力が増加し、ノズル１３よりインクが噴射される。
【０００８】
このようにインクを噴射するインクジェット記録ヘッドにおけるアクチュエータチップ１１や流路形成基板９などの配置を表す全体の構成図を図５に示す。アクチュエータチップ１１の片側にはノズルプレート１２が端面に接着されており、ノズルプレート１２を背面から支えるようにノズルキャップ１７が接合されている。ノズルキャップ１７のノズルプレート１２に対向する面にはインクを供給するための流路形成基板９が、ノズルキャップ１７とアクチュエータチップ１１を鉛直方向に接合するように配置される。そして、これらの構造体がフレームであるベースプレート１６にアクチュエータチップ１１の下面により接着剤で結合される構成になっている。ベースプレート１６には制御基盤１５が、図示しないがネジにより固定され、アクチュエータチップ１１の各電極５と制御基盤１５は電通するためのフレキシブル基盤１４によって接合されている。
【０００９】
【特許文献】
特開２００１−２３２７８８（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来、油性インクを使用するインクジェット記録ヘッドでは、アクチュエータチップ１１、ノズルプレート１２、ノズルキャップ１７、流路形成基板９からなる構造体は、フレームとなるベースプレート１６に低硬度のエポキシ樹脂接着にて接合されている。このような低硬度のエポキシ系樹脂接着剤は、インクジェット記録装置が現在拡大市場として狙っている溶剤インクに対して非常に耐性が弱く、最悪の場合は溶融し流れてしまう。流れ出た接着剤はノズルプレート１２などに付着する恐れがあり、その溶融した接着剤によりノズル１３の詰まりなどインクジェット記録ヘッドとしての致命的な欠陥を発生させる恐れもある。さらには、流れ出た接着剤がノズルプレート１２に付着したままであると、ノズルをインクに充填するためのクリーニング処理の工程であるワイピング処理などでノズル面をこすり、ノズルプレートに処理された撥水膜に傷をつける可能性もある。
【００１１】
また、溶剤インクに耐性を持たせるために、前記エポキシ系樹脂接着剤を硬度の高い接着剤に置き換えることも考えられるが、それによりインクの耐性の向上は期待できるが、その他の不具合が発生してしまう。それは、インクジェット記録ヘッドはインク噴射時に高周波数で駆動するため、圧力を発生するアクチュエータチップ１１や制御基盤１５が発熱する。この発生した熱により、インクジェット記録ヘッド自体も熱せられヘッド全体に熱膨張が起きる。ベースプレート１６はインクジェット記録ヘッドを構造物として強度を確保するためにアルミニウムを用いているが、アクチュエータチップ１１はセラミックスであるため材料が異なり、熱膨張係数も大きく異なる。インク噴射を停止すると発熱が収まり、それに伴ってインクジェット記録ヘッドの温度が下がり、全ての部材が膨張した分、元の大きさに戻ろうとする。アルミニウム製のベースプレート１６とセラミック製のアクチュエータチップ１１では、膨張した寸法が異なり、収縮寸法も異なってしまう。従来はこの収縮寸法の相違を低硬度の接着剤を緩衝材とすることで吸収させていたが、高硬度の接着剤では、緩衝材としての効果は期待できず、熱により大きく膨張するアルミニウムと、膨張の少ないセラミックスの膨張の差分は、そのまま、アクチュエータチップ１１を従来の寸法よりも小さく収縮させてしまう。その結果、圧電セラミックからなるアクチュエータチップ１１は収縮分のストレスを保持したままの状態になってしまう。このようにアクチュエータチップ１１にストレスを持たせたままの状態では、圧電滑り効果にてインクを噴射しているインクジェット記録ヘッドでは、今までと同じ電圧を印加しても溝の湾曲量が減少してしまうため、インクの噴射が正常に行われないなどの不備が発生してしまう。また、インクが噴射されたとしても、そのインク滴の速度が適正な速度から大きく低下してしまうなども問題も考えられる。
【００１２】
また、このような高硬度の接着剤を用いた場合の不具合の発生は、インク噴射時のみならず、夏の輸送トラック内や冬の保管倉庫内など温度変化が著しく大きい環境において発生する可能性は極めて高い。
【００１３】
熱膨張を同程度とするためにベースプレート１６自体をセラミックスに変更する手段も考えられるが、前述の通り様々な部材を配置するためのフレームであるベースプレート１６は複雑な形状であり、セラミックスで構成するためには多大なコストが必要となってしまう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、開口する一端面にはノズル開口を有するノズルプレートが接合され、該ノズル開口に連通する複数の溝の側壁に蒸着処理された電極を有する圧電セラミックからなるアクチュエータプレートと、該アクチュエータプレートに形成された前記溝が開口する一方面を覆ってインクを供給するインク供給路が形成されたカバープレートとが接合されてなるアクチュエータチップと、該アクチュエータチップを支持するベースプレートとを備え、インクを前記ノズル開口から噴射して被記録媒体に記録するインクジェット記録ヘッドであって、前記アクチュエータプレートは、前記ベースプレートとの熱膨張率の違いにより不要な応力がかからないような支持構造によって前記ベースプレートに支持されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドにある。
【００１５】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記支持構造は、前記ベースプレートと対向する前記アクチュエータプレートが前記ベースプレートと接しないように、コ字状に形成された前記ベースプレートの側縁柱部に前記カバープレートの上面部に接合された流路形成基板の両端部を架設して前記アクチュエータチップを宙吊りにする宙吊り構造であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドにある。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記支持構造は前記ベースプレート上に形成した熱伝導性の高い部材を介して前記アクチュエータチップを積層して支持する構造であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【００１７】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様において、前記アクチュエータチップとインク滴を噴射するノズルを有するノズルプレートとの接着の強度を向上させるため、前記アクチュエータチップと前記ノズルプレートのそれぞれの部材における結合面端部に接着剤を塗布することを特徴とするインクジェット記録ヘッドにある。
【００１８】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記アクチュエータチップと前記ノズルプレートのそれぞれの部材における結合面端部に塗布する接着剤としてエポキシ系接着剤を用いることを特徴とするインクジェット記録ヘッドにある。
【００１９】
本発明の第６の態様は、第３の態様において、前記熱伝導性の高い部材が熱伝導性シリコン封止剤であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドにある。
【００２０】
本発明の第７の態様は、第１〜６の態様のいずれかのインクジェット記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット記録装置にある。
【００２１】
かかる本発明では、アクチュエータチップを、インクジェット記録ヘッドが加熱され熱膨張を起こし、その後の除冷時に熱膨張係数の違いにより発生する収縮ストレスから解放し、正常なインク噴射を実現することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。勿論、本発明はこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２３】
図６、図７は、第１の実施形態に係わるインクジェット記録ヘッドの概略図であり、このうち図７は、図６に示す矢印Ａ方向から見た構造を示す構造図である。図６に示すように、アクチュエータチップ１１下面と、該アクチュエータチップ１１下面に面するノズルキャップ１７及びベースプレート１６とは接着による接合を行っていない点で、従来のインクジェット記録ヘッドとは異なっている。
【００２４】
しかし、図７に示すように、本発明のインクジェット記録ヘッドにおけるでアクチュエータチップ１１は、アクチュエータチップ１１上面部に接着された流路形成基板９のベース取り付けステー１９とコ字状に形成されたベースプレート１６を固定用ネジ１８によりネジ止めすることにより固定されている。即ち、まず、カバープレート４の上面部に流路形成基板９を接合（接着）し、次に、この流路形成基板９の両端部に形成したベース取り付けステー１９をコ字状に形成されたベースプレートの側縁柱部１６ａに横架するように架設してベースプレート１６と対向するアクチュエータプレート１がベースプレート１６と接しないようにアクチュエータチップ１１を宙吊りにする宙吊り構造を採用している。なお、コ字状に形成されたベースプレート１６は一体成形品としてもよいが、例えば、ベースプレート１６と同材質又は異なる材質の成形品でコ字状に構成すればよく特に拘るものではない。
【００２５】
発熱によりインクジェット記録ヘッドが熱せられ、アルミニウム製のベースプレート１６やノズルキャップ１７、セラミック製のアクチュエータチップ１１などは、従来と同じように熱膨張が起こるが除冷の際には、直接結合されていないため、熱膨張分だけ各々収縮するだけとなる。その結果、アクチュエータチップ１１にはアルミニウムとセラミックスの熱膨張差分の収縮は加わらず、アクチュエータチップ１１に余計なストレスは加わらない。
【００２６】
また他の部位については従来通り、高硬度のエポキシ樹脂接着剤を用いて接着を行い構造体としての強度を確保している。
【００２７】
図８は第２の実施形態を示している。第１の実施形態とは異なりアクチュエータチップ１１下面に熱伝導性シリコン封止剤をベースプレート１６との間に配している。これはインク噴射時のアクチュエータチップ１１内での発熱をベースプレートに逃がすためである。高硬度の接着剤とは異なり熱伝導性シリコン封止剤は硬度が柔らかいため、熱膨張後の収縮の際は緩衝材となり、アクチュエータチップ１１にストレスを与えることはない。また、溶剤に対して、熱伝導性シリコン封止剤の耐食性は高くはないが、膨潤するのみで、溶融してノズルプレートに流れ出す恐れもない。
【００２８】
さらに、本構造ではアクチュエータチップ１１の固定がほとんど行われていないため、アクチュエータチップ１１はインク噴射方向に、微小ではあるが自由に移動してしまう。その際に小面積による接着であるアクチュエータチップ１１端面とノズルプレート１２は剥がれやすい。その対策として、ノズルプレート１２とアクチュエータチップ１１の接着部のキワにはエポキシ樹脂接着剤を塗布し接着強度を高める補強を行っている。その際に、この補強用接着剤がアクチュエータチップ１１とノズルキャップ１７とを接合（連結）しないように、補強後に完全に硬化させてからノズルキャップ１７を取り付けている。
【００２９】
さらに、アクチュエータチップ１１に、高硬度のエポキシ樹脂接着剤が流れて付着しないように、ベースプレート１６とノズルプレート１２の間に形成したノズルプレート保持用ノズルキャップ１７とベースプレート１６との間に流れ止めとして凹部を追加加工してある。
【００３０】
なお、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、例えば、ノズル１３が被記録媒体に対向するようにヘッドホルダによって保持され、このヘッドホルダはキャリッジに搭載され被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査することにより、ノズル１３からのインクの吐出によって被記録媒体上に文字及び画像を記録するインクジェット記録装置として適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から、明らかなように、アクチュエータチップ１１を、インクジェット記録ヘッドが加熱され熱膨張を起こし、その後の除冷時に熱膨張係数の違いにより発生する収縮ストレスから解放し、正常なインク噴射を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のインクジェット記録ヘッドの分解略斜視図
【図２】従来のインクジェット記録ヘッドの要部側断面図
【図３】図２のＸ−Ｘ線矢視要部正断面図
【図４】インク噴射の吐出メカニズムを説明するための説明図（図２のＸ−Ｘ線矢視要部正断面図）
【図５】従来のインクジェット記録ヘッドの構造部材構成図
【図６】本発明の第１の実施形態を示すインクジェット記録ヘッドの構造部材構成図
【図７】図６に示す矢印Ａ方向から見た構造を示す主要部構造図
【図８】本発明の第２の実施形態を示すインクジェット記録ヘッドの構造部材構成図
【符号の説明】
１  アクチュエータプレート
２  溝
３  壁
４  カバープレート
５  電極
６  接着剤
７  共通インク室
８  インク供給路
９  流路形成基板
１０  インク流路
１１  アクチュエータチップ
１２  ノズルプレート
１３  ノズル
１４  フレキシブル基盤
１５  制御基盤
１６  ベースプレート
１７  ノズルキャップ
１８  固定用ネジ
【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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