(57)【要約】【課題】着弾位置精度が低下することなく、所望のインク滴の径を得ることで、記録結果にヨレやムラといった記録の不具合が発生しないインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】固定パターン同士の間が可動部材の全域に亘って直線的でなく等間隔になるように、正六角形の固定パターンを配列させて可動部材を固定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを加熱発泡させて発生する気泡の成長に伴い、樹脂の複数の固定部材で固定された、可動部材を変位させて、前記インクが吐出する方向へ前記気泡の成長を導くことで前記インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記可動部材を固定する前記固定部材同士の間は、全てが等間隔であり、前記可動部材の一方の端部から対向する他方の端部に到るまでに複数回屈曲し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】
前記固定部材は、正六角柱であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記固定部材は、正四角柱と正八角柱であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記可動部材には複数の穴が設けられており、前記固定部材は前記穴を利用することで前記可動部材を固定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記穴は、前記固定部材の形状に合わせて設けられていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記固定部材同士の間は、製造工程で加えられる熱で前記固定部材が膨張しても、隣接する前記固定部材が接触しない程度に間隔が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
インクを加熱発泡させて発生する気泡の成長に伴い、樹脂の複数の固定部材で固定された、可動部材を変位させて、前記インクが吐出する方向へ前記気泡の成長を導くことで前記インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法において、
前記可動部材を固定する前記固定部材同士の間を、全てが等間隔で、前記可動部材の一方の端部から対向する他方の端部に到るまでに複数回屈曲させて、前記固定部材を配置する工程を備えていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルからインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドお及びその製造方法の関し、詳しくはノズル内にエネルギ利用の効率化及び液体リフィル動作の円滑化を図る可動部材を備えたインクジェット記録ヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日インクジェット記録装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の機能を有する記録装置、あるいはコンピュータやワードプロセッサ等を含む、複合型電子機器やワークステーションなどの出力機器として多く用いられている。インクジェット記録装置は、記録情報に基づいて、紙、布、プラスチックシート、ＯＨＰ用シート等の記録媒体に向けて液滴を吐出することで記録を行なう。そしてこのインクジェット記録装置は、低騒音、低ランニングコストで、装置の小型化が容易であり、カラー化も容易であるなどの観点から広く応用されている。
【０００３】
インクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）は、一般に液体供給方向上流側から吐出口に向う液路が設けられ、その液路に例えば通電に応じ液体に熱エネルギを発生する素子（電気熱変換体）が配されている。そして電気熱変換体の駆動に伴い、電気熱変換体の熱作用部上にある液体に状態変化（膜沸騰による発泡）を生じさせることで、熱作用部より吐出口側に存在する液体を吐出させる圧力を液体に作用させるものである。しかしこの発泡現象自体には指向性がない。従って発泡による圧力は、液路において液体を吐出させる方向だけではなく、液体供給方向上流側にも作用する。この結果、液体供給方向上流側へのエネルギ損失を生じて液体吐出に有効に寄与するエネルギ量が減殺され、液体の吐出速度が減少して記録品位の低下や記録速度の低下を招くことがある。
【０００４】
近年では、安定した記録品位で記録を行う要求が高まっており、これは特に産業用途の記録装置において著しい。そこで、特許文献１には、発泡に応じて可動する金属の可動部材を液路内に設け、液体供給方向上流側への泡の成長を規制することにより、エネルギ利用の効率化および液体リフィル動作の円滑化を図る構成が採用されることがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３０１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
可動部材が金属であり、可動部材を固定する部材が感光性樹脂で固定されている場合、一般的に可動部材を固定する部材には感光性樹脂が用いられる。そして、感光性樹脂を硬化させる際には熱をかけて硬化させる。この場合、熱をかける際に可動部材と、その可動部材を固定する部材との線膨張係数の差によって可動部材に応力が発生し、強度的に弱い先端部にうねりや反りといった変形が生じることがある。
【０００７】
図７（ａ）から（ｃ）は、従来の記録ヘッドにおける可動部材と、可動部材の台座である樹脂が熱によって膨張する様子を示した図である。（ａ）は加熱する前の状態であり、台座４０１の上に可動部材４０２が乗せられており、可動部材４０２が樹脂の固定部材４０３によって２箇所で固定されている。（ｂ）は、熱が加えられた状態であり、台座と可動部材との材質の違いから線膨張率が異なっているため、膨張した際のそれぞれの長さが異なっている。なお、膨張した際の長さの違いが分かりやすいように、可動部材４０２については、固定部材４０３で固定された状態（実線）と、固定されていない状態（点線）の両方を併記した。実際には固定部材４０３で固定されているため実線で示したように可動部材４０２には反りが発生する。（ｃ）は、加熱後に冷却した状態であり、加熱時に発生した反りは、完全には戻らず、冷却後も可動部材４０３には若干の反りが残っている。
【０００８】
可動部材にうねりや反りなどの変形が生じると吐出効率が落ちて吐出速度の下降や、応答周波数が高速で反応できなくなることがある。その結果、着弾位置精度の低下や、所望のインク滴の径を得ることができなくなることで、記録結果にヨレやムラといった記録の不具合が発生するおそれがある。
【０００９】
よって本発明は、着弾位置精度が低下することなく、所望のインク滴の径を得ることで、記録結果にヨレやムラといった記録の不具合が発生しないインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため本発明のインクジェット記録装置は、インクを加熱発泡させて発生する気泡の成長に伴い、樹脂の複数の固定部材で固定された、可動部材を変位させて、前記インクが吐出する方向へ前記気泡の成長を導くことで前記インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドにおいて、前記可動部材を固定する前記固定部材同士の間は、全てが等間隔であり、前記可動部材の一方の端部から対向する他方の端部に到るまでに複数回屈曲していることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インクを加熱発泡させて発生する気泡の成長に伴い、樹脂の複数の固定部材で固定された、可動部材を変位させて、前記インクが吐出する方向へ前記気泡の成長を導くことで前記インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記可動部材を固定する前記固定部材同士の間を、全てが等間隔で、前記可動部材の一方の端部から対向する他方の端部に到るまでに複数回屈曲させて、前記固定部材を配置する工程を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可動部材を固定する固定部材同士の間は、全てが等間隔であり、可動部材の一方の端部から対向する他方の端部に達するまでに複数回屈曲させる。これによって、可動部材にうねりや反りなどの変形が生じることなく、高精度でインク滴を所望の位置へ着弾することができ、記録結果にヨレやムラといった記録の不具合が発生することがないインクジェット記録ヘッドを実現することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
図１は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）の外観図を模式的に示した図であり、図２は、記録ヘッドの一部を拡大し、更に内部構造が分かるように一部を断面にして示した図である。記録ヘッド１０１は、インクを吐出可能小な複数の吐出口１１２を吐出口列１０３として備えており、各吐出口１１２からインクを吐出して記録を行う。各吐出口１１２はそれぞれノズル１０７と連通しており、ノズル１０７および吐出口１１２のピッチは、解像度に合わせて固定したピッチで配列されている。各ノズル１０７にはインク供給路１１０からインク供給部１０４を介してインクが供給される。各ノズル１０７にはヒータ１１１が備えられており、制御部１０２から記録に応じた信号を受けて発熱する。ベースプレート１０５にはノズル１０７の位置に合わせてヒータ１１１が固定されており、ヒータ１１１で発生した熱を放熱する役割も担っている。接続部１０６は、記録装置と接続される部分であり、記録装置からの信号はこの接続部１０６を介して制御部１０２へと送られる。
【００１４】
ノズル１０７は、底面のベースプレート１０５、両側面のノズル壁１０８、上面の天板１０９を接合することにより形成されており、その一方は吐出口１１２と、他方はインク供給路１１０と連通して、インク供給路１１０から吐出口１１２へとインクを導く。ノズル１０７内にインクが充填され、ヒータ１１１が発熱すると、インクはヒータ１１１の熱によって膜沸騰を起こし発泡する。このようなインクの加熱発泡によりインクは体積変化とともに吐出口１１２から吐出する。
【００１５】
図３（ａ）から（ｃ）は、ヒータ１１１の発熱による気泡の発生に伴う可動部材１１４の変位をそれぞれ示している。ヒータ１１１が発熱してインクが発泡すると、発生した気泡によって可動部材１１４の自由端部は押し上げられ、気泡内の圧力の変化を吐出口１１２側へと導く。このような可動部材１１４の作用によりインクの吐出効率が向上する。また、発泡により生じる微小な泡も吐出口１１２側へと導き排出を容易にする効果もある。そして、泡による不吐出やインクの着弾精度ズレの抑制等が可能になり、記録品位を向上させることが可能になる。
【００１６】
図４は、可動部材１１４が、本発明の固定部材（以下、固定パターンともいう）２０７によって固定されている様子を示した図である。ノズル１０７の内部には、金属により形成された可動部材１１４が、吐出口１１２側を自由端とした片持ち状態で設けられており、その自由端部がヒータ１１１の上部に来るように配設されている。この可動部材１１４は、感光性樹脂フィルムを用いてフォトリソグラフィによって形成された台座２０８の上に接着されている。また、各ノズル１０７に配されている各可動部材１１４は、自由端部と反対の方向（片持ちの支持部側）で繋がっているため、全体形状は櫛歯状になっており、その繋がり部はインク供給路１１０に位置している。
【００１７】
可動部材１１４は、可動部材１１４の台座２０８と固定パターン２０７とによって挟まれる形で保持されている。固定パターン２０７も台座２０８と同じように、感光性樹脂フィルムでフォトリソグラフィによって形成される。感光樹脂フィルムによって部材を形成する場合には、フォトリソグラフィによる形成後、硬化させるために熱を加える。
【００１８】
図５は、可動部材１１４と固定パターン２０７の位置関係を説明するための図であり、固定パターンの一部を取り除いて示している。可動部材１１４には、熱による膨張を低減するため体積を減らすべく、一定の強度を保持できる範囲で複数の穴３０３が所定の間隔で設けられている。本実施形態の固定パターン２０７は、所定の厚さの正六角形（正六角柱）の樹脂を可動部材１１４上に配列したものであり、正六角形の樹脂同士の隙間３０４が等間隔になるように配列されている。また、正六角形の樹脂の配列は、可動部材１１４に設けられた穴３０３の配置とも関連しており、正六角形の樹脂の角が、穴３０３に掛かる位置に配列されている。そして、正六角形の樹脂同士の隙間３０４は、熱によって固定パターン２０７の膨張や可動部材１１４の膨張が生じても、隣接する正六角形の樹脂同士が接触しない間隔を有している。また、固定パターン２０７と台座２０８とは、可動部材１１４の穴３０３の部分において、熱によって溶融固定パターン２０７および台座２０８が溶融することで繋がっている。
【００１９】
図５のように、等間隔の隙間３０４で正六角形の固定パターン２０７を配列したことで、固定パターンの無い部分である樹脂同士の隙間３０４は、可動部材１１４の全体に亘って直線的になることがない。また、個々の正六角形の樹脂は小さいため、最長部においても、温度変化による樹脂の変形量は無視することができる量である。
【００２０】
このような正六角形の固定パターン２０７を等間隔で並べて、可動部材１１４の穴３０３を介して可動部材１１４の全体を固定することで、冷却後に発生していた可動部材の反り（図７（ｃ）参照）は大幅に低減することができた。また、固定パターン２０７の間に溝を設けることで、温度変化による樹脂の変形を極めて少なくし、冷却時に固定パターン２０７の応力が可動部材１１４に与える影響を無視できる程度にしている。
【００２１】
このように、固定パターン同士の間隔が全て等間隔になるように正六角形の固定パターンを配列させて可動部材を固定する。これによって、可動部材にうねりや反りなどの変形が生じることなく、高精度でインク滴を所望の位置へ着弾することができ、記録結果にヨレやムラといった記録の不具合が発生することがないインクジェット記録ヘッドを実現することができた。
【００２２】
なお固定パターン配列の別の例として図６に示すように、所定の厚さの正八角形（正八角柱）の固定パターン６０１と所定の厚さの正四角形（正四角柱）の固定パターン６０２とを組み合わせて配置する。固定パターンのこのような配置によっても、固定パターン同士の間が可動部材の全域に亘って直線的でなく等間隔になるように、固定パターンを配列することができる。このような固定パターンの形状および配列によっても、本実施形態の目的を達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッドの外観図を模式的に示した図である。
【図２】図１の記録ヘッドの一部を拡大し、更に内部構造が分かるように一部を断面にして示した図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、ヒータの発熱による気泡の発生に伴う可動部材の変化をそれぞれ示している。
【図４】可動部材が、本発明の固定パターンによって固定されている様子を示した図である。
【図５】可動部材と固定パターンの位置関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態における固定パターン配列の別の例を示した図である。
【図７】（ａ）から（ｃ）は、従来の記録ヘッドにおける可動部材と、可動部材の台座である樹脂が熱によって膨張する様子を示した図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０１  記録ヘッド
１０４  インク供給部
１０７  ノズル
１０８  ノズル壁
１１１  ヒータ
１１２  吐出口
１１４  可動部材
２０７  固定パターン
２０８  台座
３０３  穴
３０４  隙間
７０７  固定パターン
【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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