インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法
【課題】高精度な寸法で、高い歩留りで形成できるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法を提供すること。
【解決手段】インクジェットヘッド１０では、高剛性のアルミナ等のセラミックスからなる圧力室支持部材３０上に、金属製の圧力室プレート４０を接着している。圧力室プレート４０には圧力室４３が形成され、圧力室支持部材３０には、圧力室４３にインクを供給するインク供給路３１と、圧力室４３からインクをノズルプレート２０に形成したノズル孔２１に吐出するインク出口孔３３とを形成している。そして、圧力室プレート４０上には、ダイアフラム５０を設け、当該ダイアフラム５０上に、圧電素子ユニット６０を設けて、圧電素子ユニット６０の圧電素子活性部により圧力室４３のインクに圧力を付加する。
【解決手段】インクジェットヘッド１０では、高剛性のアルミナ等のセラミックスからなる圧力室支持部材３０上に、金属製の圧力室プレート４０を接着している。圧力室プレート４０には圧力室４３が形成され、圧力室支持部材３０には、圧力室４３にインクを供給するインク供給路３１と、圧力室４３からインクをノズルプレート２０に形成したノズル孔２１に吐出するインク出口孔３３とを形成している。そして、圧力室プレート４０上には、ダイアフラム５０を設け、当該ダイアフラム５０上に、圧電素子ユニット６０を設けて、圧電素子ユニット６０の圧電素子活性部により圧力室４３のインクに圧力を付加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。詳細には、加工精度が高精度で且つ価格を安くできるインクジェットヘッド、当該インクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置及び当該インクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置では、複数のノズルからインクを噴射するためのインクジェットヘッドを備えている（例えば、特許文献１参照）。図８及び図９に示すように、従来のインクジェット記録装置のインクジェットヘッド１１０では、アルミナセラミックス等からなる圧力室プレート１３０に、圧力室１４３と、圧力室１４３にインクを供給するインク供給路１３１と、圧力室１４３からインクをノズルプレート１２０に形成したノズル孔１２１に送り出すインク流路１３３とを形成していた。そして、圧力室プレート１３０上には、ダイアフラム１５０を設け、当該ダイアフラム１５０上に、圧電素子ユニット１６０を設けて、圧電素子ユニット１６０の圧電素子活性部１６２により圧力室１４３のインクに圧力を付加するようになっていた。また、インクジェットヘッド１１０をインクジェット記録装置のキャリッジに固定するための第二ベース部材１８０とスペーサとしての第一ベース部材１７０とを備えていた。このインクジェットヘッド１１０では、ノズルプレート１２０に設けられた各ノズル孔１２１の先端部に良好なインクメニスカスを形成するようにインク内の圧力が設定されている。圧電素子活性部１６２の変形によって圧力室１４３のインクに付加される圧力の伝播によって、各ノズル孔１２１の先端部からインク液滴を吐出している。
【０００３】
ところで、圧電素子（ピエゾ素子）を用いてインク室内のインクを加圧してインクを吐出させるピエゾタイプのインクジェットヘッドにおいて、高粘度大液滴のインク吐出のためにはインク室に大きな圧力を発生させるため、ピエゾ素子に大きな力を発生させる必要がある。一般的に圧電素子は発生する力は大きいが、変形量が小さいので、大きな変形量を得るために、図８及び図９に示すような積層タイプの圧電素子を用いることが多い。そのため、インク室の剛性が低いと、全チャネル同時に駆動したときなどにインク室全体が変形して、必要な圧力が得られなかったり、吐出が不安定になることがあった。そのため、従来の高粘度インク対応のインクジェットヘッド１１０では、インクの圧力室プレート１３０に高剛性材料であるアルミナセラミックスを用いて、ステンレスなどの一般的な金属材料に比べて高い剛性の圧力室１４３を形成していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４０１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のインクジェットヘッドでは、圧力室プレートの微細形状を形成する工法として、アルミナセラミックス粉末に樹脂バインダーを混ぜたペレットを射出成形した後に高温で焼成するＣＩＭ（セラミックインジェクションモールド）工法によって製造していたので、収縮によって寸法の誤差を生じやすく、ミクロンオーダの高精度な部品精度を達成することが困難であるという問題点があった。従って、焼成時に寸法の誤差が生じて、製品の歩留まりが低下し、部品コストが高くなるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高精度な寸法で、高い歩留りで形成できるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッド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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様のインクジェットヘッドでは、外部にインクを吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルからインクを吐出するのに必要な圧力を前記インクに加えるための複数の圧力室と、前記各圧力室に圧力を各々与える複数の圧力発生部を備えたアクチュエータを有するインクジェットヘッドであって、前記圧力室は、金属製の圧力室プレートに形成され、当該圧力室プレートに対して前記アクチュエータとは反対側に、当該圧力室プレートを支持する圧力室支持部材が設けられ、当該圧力室支持部材は前記圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料によって形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成のインクジェットヘッドでは、圧力室は金属製の圧力室プレートに形成されるので、高精度な寸法精度を実現でき、高い歩留まりを実現できる。また、圧力室支持部材には圧力室が無く、圧力室支持部材は圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料によって形成されるので、高精度な加工が不要になり、従来の加工法で高剛性を実現できる。
【０００９】
また、前記圧力室プレートを４２合金又はステンレス鋼で形成しても良い。４２合金は熱膨張係数が金属の中で低く、硬質ガラスやセラミックスに近い事から、セラミックス等と接合しても温度変化による反りや剥離が起こりにくい圧力室プレートを実現できる。また、ステンレス鋼は耐食性が高いため、使用可能なインクの選択範囲を広く取ることができる。
【００１０】
また、前記圧力室支持部材を炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素の少なくとも一つを含む高剛性セラミックス材料で形成しても良い。この場合には、圧力室支持部材を高剛性セラミックス材料で形成しても、圧力室を高剛性セラミックス材料に形成しないので、微細加工が不要になる。従って、部品のコストを大幅に低減できる。
【００１１】
また、前記圧力室支持部材をタングステン、モリブデン、超硬合金の少なくとも一つを含む高剛性金属材料で形成しても良い。これらの材料は加工性が悪いので、高精度な微細加工は困難であるが、この場合には、圧力室支持部材を高剛性金属材料で形成しても、圧力室を高剛性金属材料に形成しないので、微細加工が不要になる。従って、部品のコストを大幅に低減できる。
【００１２】
また、前記圧力室の深さが前記圧力室プレートの厚さよりも小さくても良い。この場合には、個々の圧力室の壁面が圧力室の底部で繋がることにより、圧力室プレート単体でも圧力室形状を維持することができ、圧力室プレートを圧力室支持部材上に位置決めし、組み付ける際の取扱いが容易になる。すなわち、圧力室プレートを圧力室支持部材に組み付ける際に、圧力室プレートにかかる負荷を気にする必要がなく、作業効率を向上することができる。
【００１３】
また、前記圧力室の深さが前記圧力室プレートの厚さに等しくても良い。この場合には、圧力室プレートの圧力室の溝は厚さ方向に貫通させれば良いので、圧力室プレートの加工が容易になる。また、板厚の精度で圧力室の深さが決まるので、高精度でばらつきの小さい深さ寸法を、安定して容易に達成できる。
【００１４】
また、本発明の第２の態様のインクジェット記録装置では、上記のインクジェットヘッドを備えている。
【００１５】
また、本発明の第３の態様のインクジェットヘッドの製造方法では、外部にインクを吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルからインクを吐出するのに必要な圧力を前記インクに加えるための複数の圧力室と、前記各圧力室に圧力を各々与える複数の圧力発生部を備えたアクチュエータを有するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記圧力室となる部分を、金属製の圧力室プレートに形成する形成工程と、前記圧力室プレートに対して前記アクチュエータと反対側に位置するように、前記圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料からなる圧力室支持部材を固定する固定工程とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
このインクジェットヘッドの製造方法では、圧力室は金属製の圧力室プレートに形成されるので、圧力室プレートを高精度な寸法精度で形成でき、高い歩留まりを実現できる。また、圧力室支持部材には圧力室が無く、圧力室支持部材は、圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料によって形成されるので、高精度な加工が不要になり、従来の加工法で高剛性を実現できる。
【００１７】
また、前記形成工程において、前記圧力室となる部分を、前記圧力室プレートをエッチング加工することによって形成しても良い。この場合には、圧力室プレートをエッチング加工することにより、容易に高精度な圧力室のパターン形成が可能となる。また、エッチング加工の時間で圧力室の深さを制御でき、したがって、圧力室の深さの設計自由度を高くできる。
【００１８】
また、前記形成工程において、前記圧力室プレートに対するエッチング加工量を前記圧力室プレートの厚さよりも小さくしても良い。この場合には、個々の圧力室の壁面が圧力室の底部で繋がることにより、圧力室プレート単体でも圧力室形状を維持することができ、圧力室プレートを圧力室支持部材上に位置決めし、組み付ける際の取扱いが容易になる。すなわち、圧力室プレートを圧力室支持部材に組み付ける際に、圧力室プレートにかかる負荷を気にする必要がなく、作業効率を向上することができる。
【００１９】
また、前記形成工程において、前記圧力室プレートに対するエッチング加工により前記圧力室プレートを板厚方向に貫通しても良い。この場合には、圧力室プレートの圧力室の溝は貫通させれば良いので、圧力室プレートの加工が容易になる。また、板厚の精度で圧力室の深さが決まるので、高精度でばらつきの小さい深さ寸法を、安定して容易に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】インクジェット記録装置１の全体的な構成を示した斜視図である。
【図２】インクジェットヘッド１０の分解斜視図である。
【図３】インクジェットヘッド１０の図２に示すＸ−Ｘにおける断面図である。
【図４】インクジェットヘッド１０の図２に示すＹ−Ｙにおける断面図である。
【図５】第二実施の形態のインクジェットヘッド１０の図２に示すＸ−Ｘにおける断面図である。
【図６】第二実施の形態のインクジェットヘッド１０の図２に示すＹ−Ｙにおける断面図である。
【図７】インクジェットヘッド１０の製造工程を示すフローチャートである。
【図８】従来のインクジェットヘッド１１０の断面図である。
【図９】従来のインクジェットヘッド１１０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、本発明に係るインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法を、公知の布帛印刷用のインクジェット記録装置１（図１参照）として実装した場合を例に説明する。
【００２２】
まず、図１を参照して、Ｔシャツ等の布帛を印刷するインクジェット記録装置１について説明する。図１に示すように、インクジェット記録装置１は、左右方向を長手方向とする略直方体形状の筐体３を有し、その底面の略中央に、前後方向に向かう二本のレール４が列設されている。二本のレール４は、筐体３の垂直方向に立ち上げられた図示外の基部上にそれぞれ支持されており、その上部に、レール４に沿って筐体３の前後方向に移動可能な平板状のプラテン支持台（図示外）を支えている。そして、プラテン支持台の略中央に垂直に立ち上げられた支柱の上端には、取り換え可能なプラテン５が固定されている。
【００２３】
プラテン５は、平面視、筐体３の前後方向を長手方向とする略長方形状の板体であり、その上面に、例えばＴシャツなどの布帛からなる被記録媒体を水平に載置するためのものである。そして、プラテン支持台を移動させるためにレール４が設けられたプラテン駆動機構の後端部にはプラテン駆動モータ７が設けられて、このプラテン駆動モータ７の駆動によって、プラテン支持台がレール４に沿って筐体３の前後方向に移動する。
【００２４】
また、筐体３の前後方向の略中央で、かつ、プラテン５の上方の位置にて、筐体３の両側面間には、インクジェットヘッドユニット２を搭載したキャリッジ２２の移動を案内するためのガイドレール９が架設されている。インクジェットヘッドユニット２は、第二ベース部材８０を介してキャリッジ２２に螺子止め固定されている。そして、ガイドレール９の左端付近に設けられたキャリッジモータ２４の駆動によって、キャリッジ２２がガイドレール９に沿って筐体３の左右方向に往復移動される。
【００２５】
また、本実施形態のインクジェット記録装置１では、シアンインク，マゼンタインク，イエローインク，ブラックインクが用いられている。そこで、インクジェット記録装置１の左側面には、各インクを収容した４つのインクカートリッジを装着可能に収容するためのインクカートリッジ収容部８が設けられている。そして、各インクカートリッジ収容部８にはそれぞれ可撓性を有するインク供給用チューブ６が連結されており、各インク供給用チューブ６を介して各色のインクジェットヘッドユニット２に供給される。
【００２６】
キャリッジ２２には、４つのインクジェットヘッドユニット２が搭載されている。各インクジェットヘッドユニット２は、各インクを噴射するための、噴射チャンネル（図示外）を例えば１２８個ずつそれぞれ備えており、各噴射チャンネルには、各々個別に駆動される圧電アクチュエータ（図示外）が設けられ、各噴射チャンネルに対応してインクジェットヘッドユニット２の底面のノズルプレート２０に孔設された微細なノズル孔２１（図３）から下向きに、インク液滴が噴射されるように制御されている。
【００２７】
次に、インクジェットヘッドユニット２に設けられるインクジェットヘッド１０の構造について説明する。図１に示すように、インクジェットヘッドユニット２には、インク供給用チューブ６から供給されるインクを一時的に貯留するサブタンク２５が設けられており、第二ベース部材８０によりキャリッジ２２に固定されている。そして、インクジェットヘッドユニット２の下部に図２に示すインクジェットヘッド１０が設けられている。
【００２８】
次に、図２から図７を参照して、第一及び第二実施の形態のインクジェットヘッド１０の構造を説明する。インクジェットヘッド１０は、ノズルプレート２０、圧力室支持部材３０、圧力室プレート４０、ダイアフラム５０、圧電素子ユニット６０、第一ベース部材７０及び第二ベース部材８０を積層して構成されている。
【００２９】
初めに、ノズルプレート２０について説明する。図２に示すように、ノズルプレート２０は、セラミック製の板状基板から構成されており、複数のノズル孔２１が均等に２列に微細加工により形成されている。この複数のノズル孔２１が形成されたノズルプレート２０の表面（下面）が、インクを下方に向けて吐出するためのノズルとして機能する。
【００３０】
次に、圧力室プレート４０について説明する。圧力室プレート４０は、図２に示すように平面視長方形の金属製の薄板から構成されている。圧力室プレート４０には、図２及び図３に示すように、ノズル孔２１にインクを供給するためのインク出口４４がノズルプレート２０のノズル孔２１の配列に対応して均等に２列形成されている。また、インク出口４４に各々接続された圧力室４３が圧力室プレート４０の長手方向と直交する方向に複数各々延設されている。図３に示すように、この圧力室４３は、圧力室プレート４０に形成された溝部であり、底部４５を残した溝として形成しても良いし、図５及び図６に示す第二実施の形態のように、底部４５がない圧力室プレート４０の厚み方向に貫通した溝部としても良い。
【００３１】
また、圧力室プレート４０には、各圧力室４３へインクを供給するインク供給路４１が、圧力室プレート４０の長辺に沿っての長手方向に２本各々延設されている。圧力室プレート４０の材質の一例としては、ステンレス鋼板や４２合金の金属板を使用する。４２合金は、Ｎｉ：４２ｗ％で残りはＦｅの組成であり、不可避不純物としてＣｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃ等が含まれている。４２合金は４２アロイ（４２Ａｌｌｏｙ）と称されることもある。４２合金は熱膨張係数が金属の中で低く、硬質ガラスやセラミックスに近い事から、セラミックス等と接合しても温度変化による反りや剥離が起こりにくい圧力室プレート４０を実現できる。また、ステンレス鋼は耐食性が高いため、使用可能なインクの選択範囲を広く取ることができる。さらに、圧力室プレート４０は、エッチング加工により、圧力室４３の溝部、インク供給路４１、インク出口４４を一度に形成すれば高精度に各部分を形成できる。また、圧力室４３を圧力室プレート４０の板の厚み方向に貫通する場合には、前記圧力室プレート４０に対するエッチング加工を圧力室プレート４０を貫通するまで行えばよい。また、圧力室４３の底部４５を残す場合には、圧力室４３の底部４５を残す所望の深さまでエッチング加工をした後に、圧力室４３部分をマスクして、インク供給路４１及びインク出口４４を圧力室プレート４０の板の厚み方向に貫通するまでエッチング加工すれば良い。
【００３２】
次に、圧力室支持部材３０の構成について説明する。圧力室支持部材３０は、図２に示すように、平面視長方形の高剛性セラミック部材の板材から構成され、圧力室プレート４０を支えて変形を防止する。圧力室支持部材３０には、図２及び図３に示すように、ノズル孔２１にインクを供給するためのインク出口孔３３がノズルプレート２０のノズル孔２１の配列に対応して均等に２列形成されている。このインク出口孔３３は、圧力室支持部材３０を板厚方向に貫通しており、ノズルプレート２０とは反対の面で、圧力室プレート４０のインク出口４４に対応した位置に形成されている。また、圧力室支持部材３０には、図２及び図３に示すように、インク供給路３１が形成され、圧力室プレート４０のインク供給路４１とともに、圧力室４３へインクを供給する共通インク室を構成している。
【００３３】
次に、圧力室支持部材３０を構成する高剛性セラミック部材について表１を参照して説明する。圧力室支持部材３０としては、圧力室プレート４０よりもヤング率の高いセラミック部材を用いる。例えば、圧力室プレート４０にステンレス（ヤング率：２００Gpa)や４２合金（ヤング率：１５０Gpa)を用いる場合には、これより、ヤング率の高い高剛性セラミック部材を用いる。例えば、炭化ケイ素（ヤング率：４３０Gpa）、アルミナ（ヤング率：３７０Gpa）、窒化ケイ素（ヤング率：２９０Gpa）等を用いることができる。この場合には、圧力室支持部材３０のヤング率を圧力室プレート４０よりも大きくして圧力室支持部材３０を高剛性化し、圧力室プレート４０の変形を防止できる。尚、タングステン（ヤング率：４０７Gpa)、モリブデン（ヤング率：３３０Gpa)、超硬合金（ヤング率：５００〜６４０Gpa)といった高剛性金属材料も圧力室支持部材３０に使用することはできるが、価格が高く、また、加工しにくいという問題点がある。
【表１】
【００３４】
また、異種材料２層の貼り合せでは、熱膨張係数の違いによる寸法精度の不良や反りの問題が考えられる。ステンレス（線膨張係数：１７×１０−６／℃)を圧力室プレート４０に用いた場合には、圧力室支持部材３０に、炭化ケイ素（線膨張係数：６．６×１０−６／℃)やアルミナ（線膨張係数：７．２×１０−６／℃)を用いれば、熱膨張係数の差は２〜３倍程度なので、低温での貼り合せや熱膨張を見込んだ設計によって寸法精度の不良や反りを防止できる。また、４２合金（線膨張係数：４．５〜６×１０−６／℃）を圧力室プレート４０に用いた場合には、線膨張係数が低く、炭化ケイ素（線膨張係数：６．６×１０−６／℃)やアルミナ（線膨張係数：７．２×１０−６／℃)、窒化ケイ素（線膨張係数：２．６×１０−６／℃）のいずれとも熱膨張係数の差が小さいので、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素を圧力室支持部材３０に用いれば、熱膨張係数の違いによる寸法精度の不良や反りの問題が生じにくい。
【００３５】
次に、ダイアフラム５０について説明する。図２及び図３に示すように、ダイアフラム５０は、平面視長方形の薄板材から構成され、圧力室プレート４０の圧力室４３の蓋の役割と、振動板の役割を果たすものである。ダイアフラム５０としては、金属の薄板を用いることができ、一例としては、銅板やステンレスの薄板等を用いることができる。ダイアフラム５０には、圧力室支持部材３０のインク供給路３１へのインクを通過させるインク通過口５１が４箇所四隅に設けられている。
【００３６】
次に、圧電素子ユニット６０について説明する。図２及び図３に示すように、圧電素子ユニット６０は、平面視長方形の板状に形成され、圧力室プレート４０の各圧力室４３に対応する位置に各々圧電素子活性部６２が設けられており、電圧の印加によりアクチュエータとしてダイアフラム５０を変形させて圧力室４３のインクに対して加圧又は減圧するようになっている。この圧電素子ユニット６０には、圧力室支持部材３０のインク供給路３１へのインクを通過させるインク通過口６１が４箇所四隅に設けられている。圧電素子活性部６２が圧力発生部に相当し、圧電素子ユニット６０がアクチュエータに相当する。
【００３７】
次に、第一ベース部材７０について説明する。図２及び図３に示すように、第一ベース部材７０は、平面視長方形の板状に形成され、圧電素子ユニット６０を第二ベース部材８０に固定するスペーサの役目と第二ベース部材８０のインク通過口８１からのインクを圧電素子ユニット６０のインク通過口６１に振り分ける流路の役目をするものである。第一ベース部材７０には、圧電素子ユニット６０の各インク通過口６１へインクを通過させるインク流路７１が第一ベース部材７０の長手方向の端部近傍に各々に設けられている。
【００３８】
次に、第二ベース部材８０について説明する。図２及び図３に示すように、第二ベース部材８０は、平面視長方形の部分と長方形の部分の長手方向の端部から各々延設された部分とからなる金属製の板材である。また、第二ベース部材８０の長手方向の端部近傍には、各々、Ｕ字状の切欠８４及び螺子孔８３が設けられている。第二ベース部材８０は、切欠８４及び螺子孔８３を利用してインクジェットヘッド１０をキャリッジ２２に固定する固定部材の役目を果たすものである。第二ベース部材８０の材質の一例としては、剛性のあるステンレス鋼板等を用いれば良い。第二ベース部材８０には、第一ベース部材７０の各インク流路７１にインクを通過させるインク通過口８１が第二ベース部材８０の長手方向の端部近傍に各々に設けられている。尚、上記のインクジェットヘッド１０には、圧電素子ユニット６０に対する図示外の配線等がなされている。
【００３９】
次に、インクジェットヘッド１０の製造方法について、図７に示すインクジェットヘッド１０の製造工程のフローチャートを参照して説明する。このインクジェットヘッド１０の製造工程では、まず、圧力室プレート形成工程を行う（Ｓ１１）。この圧力室プレート形成工程では、圧力室プレート４０を金属シート材をエッチング加工して形成する。圧力室プレート４０の材質としては、ステンレス鋼板や４２合金のシート材を用いる。シート材の厚みは、形成する圧力室の深さに対応したものを用いる。ここで、圧力室プレート４０のエッチング加工は、図３及び図４に示すように、エッチング加工量を圧力室プレート４０の厚さよりも小さくして圧力室４３の底部４５を残すハーフエッチングとしても良い。また、エッチング加工量を圧力室プレート４０の厚さと同じにして底部４５を残さず、圧力室プレート４０の板厚方向に圧力室４３を貫通するフルエッチングとしても良い。
【００４０】
次に、圧力室プレート形成工程（Ｓ１１）で形成した圧力室プレート４０と、予め高剛性セラミック素材をＣＩＭ（セラミックインジェクションモールド）工法によって形成した圧力室支持部材３０との接着による固定工程を行う（Ｓ１２）。接着剤の一例としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。
【００４１】
インクジェットヘッド１０の製造工程では、上記の２つの工程と平行して、予め形成しておいた第一ベース部材７０と第二ベース部材８０との接着工程を行う（Ｓ２１）。接着剤の一例としては、エポキシ系の接着剤を用いれば良い。次に、第二ベース部材８０に接着した第一ベース部材７０に圧電素子ユニット６０を接着する（Ｓ２２）。その後、圧電素子ユニット６０にダイアフラム５０を接着する（Ｓ２３）。
【００４２】
次いで、一体化工程（Ｓ３１）を行う。上記のＳ１１とＳ１２で形成した圧力室支持部材３０を接着した圧力室プレート４０と、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の工程で形成したものを一体化になるように接着する（Ｓ３１）。接着剤の一例としては、エポキシ系の接着剤を用いれば良い。次いで、一体化したユニットの圧力室支持部材３０の下面側にノズルプレート２０を接着する（Ｓ３２）。接着剤の一例としては、エポキシ系の接着剤を用いれば良い。
【００４３】
以上説明したインクジェットヘッド１０の製造方法により、図２から図４に示す第一実施の形態のインクジェットヘッド１０及び図５及び図６に示す第二実施の形態のインクジェットヘッド１０が製造できる。
【００４４】
上記の実施の形態のインクジェットヘッド１０では、圧力室プレート４０を金属シート材のエッチングによって形成することにより、高精度な寸法精度の圧力室４３を形成できる。また、圧力室プレート４０を高い歩留りで低コストに形成できる。さらに、従来と異なり圧力室４３が圧力室支持部材３０に形成されないので、圧力室支持部材３０には、高精度な加工が不要となり、圧力室支持部材３０は高剛性なアルミナ等のセラミック材料で形成できる。従って、従来の微細加工のために高コストとなっていた部品コストを大幅に低減できる。また、異種材料２層の貼り合せでは、熱膨張係数の違いによる寸法精度の不良や反りの問題が起こるが、低温での貼り合せや熱膨張を見込んだ設計によって解決することができ、低コストで高精度且つ剛性の高いインク室が得られる。これによって、高粘度インクに対応可能なインクジェットヘッドのコストダウンが実現できる。
【００４５】
なお、本発明は、以上詳述した実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能なことはいうまでもない。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、インクジェットヘッド１０を用いるインクジェット記録装置１は、布帛を印刷するものを例に説明したが、インクジェット記録装置１は、布帛を印刷するものに限られず各種用途のインクジェット記録装置に適用できる。
【００４７】
また、図７に示すインクジェットヘッド１０の製造工程は、一例に過ぎず、Ｓ２１からＳ２３の工程をＳ１１及びＳ１２の工程より先にやっても良いし、同時にやっても良い。また、圧力室支持部材３０や圧力室プレート４０は、上記の例に限られず、圧力室支持部材３０のヤング率が圧力室プレート４０のヤング率より大きくなるもので、線膨張係数の差が大きくないものを選べば適宜の材料を使用できる。また、圧力室支持部材３０は、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素の何れか一つを焼成したものでも、また、これらの少なくとも一つを主成分とし、他の成分を含むものでも良い。
【符号の説明】
【００４８】
１ インクジェット記録装置
２ インクジェットヘッドユニット
１０ インクジェットヘッド
２０ ノズルプレート
２１ ノズル孔
３０ 圧力室支持部材
３１ インク供給路
３３ インク出口孔
４０ 圧力室プレート
４１ インク供給路
４３ 圧力室
４４ インク出口
４５ 底部
５０ ダイアフラム
６０ 圧電素子ユニット
６２ 圧電素子活性部
７０ 第一ベース部材
８０ 第二ベース部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。詳細には、加工精度が高精度で且つ価格を安くできるインクジェットヘッド、当該インクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置及び当該インクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置では、複数のノズルからインクを噴射するためのインクジェットヘッドを備えている（例えば、特許文献１参照）。図８及び図９に示すように、従来のインクジェット記録装置のインクジェットヘッド１１０では、アルミナセラミックス等からなる圧力室プレート１３０に、圧力室１４３と、圧力室１４３にインクを供給するインク供給路１３１と、圧力室１４３からインクをノズルプレート１２０に形成したノズル孔１２１に送り出すインク流路１３３とを形成していた。そして、圧力室プレート１３０上には、ダイアフラム１５０を設け、当該ダイアフラム１５０上に、圧電素子ユニット１６０を設けて、圧電素子ユニット１６０の圧電素子活性部１６２により圧力室１４３のインクに圧力を付加するようになっていた。また、インクジェットヘッド１１０をインクジェット記録装置のキャリッジに固定するための第二ベース部材１８０とスペーサとしての第一ベース部材１７０とを備えていた。このインクジェットヘッド１１０では、ノズルプレート１２０に設けられた各ノズル孔１２１の先端部に良好なインクメニスカスを形成するようにインク内の圧力が設定されている。圧電素子活性部１６２の変形によって圧力室１４３のインクに付加される圧力の伝播によって、各ノズル孔１２１の先端部からインク液滴を吐出している。
【０００３】
ところで、圧電素子（ピエゾ素子）を用いてインク室内のインクを加圧してインクを吐出させるピエゾタイプのインクジェットヘッドにおいて、高粘度大液滴のインク吐出のためにはインク室に大きな圧力を発生させるため、ピエゾ素子に大きな力を発生させる必要がある。一般的に圧電素子は発生する力は大きいが、変形量が小さいので、大きな変形量を得るために、図８及び図９に示すような積層タイプの圧電素子を用いることが多い。そのため、インク室の剛性が低いと、全チャネル同時に駆動したときなどにインク室全体が変形して、必要な圧力が得られなかったり、吐出が不安定になることがあった。そのため、従来の高粘度インク対応のインクジェットヘッド１１０では、インクの圧力室プレート１３０に高剛性材料であるアルミナセラミックスを用いて、ステンレスなどの一般的な金属材料に比べて高い剛性の圧力室１４３を形成していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４０１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のインクジェットヘッドでは、圧力室プレートの微細形状を形成する工法として、アルミナセラミックス粉末に樹脂バインダーを混ぜたペレットを射出成形した後に高温で焼成するＣＩＭ（セラミックインジェクションモールド）工法によって製造していたので、収縮によって寸法の誤差を生じやすく、ミクロンオーダの高精度な部品精度を達成することが困難であるという問題点があった。従って、焼成時に寸法の誤差が生じて、製品の歩留まりが低下し、部品コストが高くなるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高精度な寸法で、高い歩留りで形成できるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッド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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様のインクジェットヘッドでは、外部にインクを吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルからインクを吐出するのに必要な圧力を前記インクに加えるための複数の圧力室と、前記各圧力室に圧力を各々与える複数の圧力発生部を備えたアクチュエータを有するインクジェットヘッドであって、前記圧力室は、金属製の圧力室プレートに形成され、当該圧力室プレートに対して前記アクチュエータとは反対側に、当該圧力室プレートを支持する圧力室支持部材が設けられ、当該圧力室支持部材は前記圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料によって形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成のインクジェットヘッドでは、圧力室は金属製の圧力室プレートに形成されるので、高精度な寸法精度を実現でき、高い歩留まりを実現できる。また、圧力室支持部材には圧力室が無く、圧力室支持部材は圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料によって形成されるので、高精度な加工が不要になり、従来の加工法で高剛性を実現できる。
【０００９】
また、前記圧力室プレートを４２合金又はステンレス鋼で形成しても良い。４２合金は熱膨張係数が金属の中で低く、硬質ガラスやセラミックスに近い事から、セラミックス等と接合しても温度変化による反りや剥離が起こりにくい圧力室プレートを実現できる。また、ステンレス鋼は耐食性が高いため、使用可能なインクの選択範囲を広く取ることができる。
【００１０】
また、前記圧力室支持部材を炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素の少なくとも一つを含む高剛性セラミックス材料で形成しても良い。この場合には、圧力室支持部材を高剛性セラミックス材料で形成しても、圧力室を高剛性セラミックス材料に形成しないので、微細加工が不要になる。従って、部品のコストを大幅に低減できる。
【００１１】
また、前記圧力室支持部材をタングステン、モリブデン、超硬合金の少なくとも一つを含む高剛性金属材料で形成しても良い。これらの材料は加工性が悪いので、高精度な微細加工は困難であるが、この場合には、圧力室支持部材を高剛性金属材料で形成しても、圧力室を高剛性金属材料に形成しないので、微細加工が不要になる。従って、部品のコストを大幅に低減できる。
【００１２】
また、前記圧力室の深さが前記圧力室プレートの厚さよりも小さくても良い。この場合には、個々の圧力室の壁面が圧力室の底部で繋がることにより、圧力室プレート単体でも圧力室形状を維持することができ、圧力室プレートを圧力室支持部材上に位置決めし、組み付ける際の取扱いが容易になる。すなわち、圧力室プレートを圧力室支持部材に組み付ける際に、圧力室プレートにかかる負荷を気にする必要がなく、作業効率を向上することができる。
【００１３】
また、前記圧力室の深さが前記圧力室プレートの厚さに等しくても良い。この場合には、圧力室プレートの圧力室の溝は厚さ方向に貫通させれば良いので、圧力室プレートの加工が容易になる。また、板厚の精度で圧力室の深さが決まるので、高精度でばらつきの小さい深さ寸法を、安定して容易に達成できる。
【００１４】
また、本発明の第２の態様のインクジェット記録装置では、上記のインクジェットヘッドを備えている。
【００１５】
また、本発明の第３の態様のインクジェットヘッドの製造方法では、外部にインクを吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルからインクを吐出するのに必要な圧力を前記インクに加えるための複数の圧力室と、前記各圧力室に圧力を各々与える複数の圧力発生部を備えたアクチュエータを有するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記圧力室となる部分を、金属製の圧力室プレートに形成する形成工程と、前記圧力室プレートに対して前記アクチュエータと反対側に位置するように、前記圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料からなる圧力室支持部材を固定する固定工程とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
このインクジェットヘッドの製造方法では、圧力室は金属製の圧力室プレートに形成されるので、圧力室プレートを高精度な寸法精度で形成でき、高い歩留まりを実現できる。また、圧力室支持部材には圧力室が無く、圧力室支持部材は、圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料によって形成されるので、高精度な加工が不要になり、従来の加工法で高剛性を実現できる。
【００１７】
また、前記形成工程において、前記圧力室となる部分を、前記圧力室プレートをエッチング加工することによって形成しても良い。この場合には、圧力室プレートをエッチング加工することにより、容易に高精度な圧力室のパターン形成が可能となる。また、エッチング加工の時間で圧力室の深さを制御でき、したがって、圧力室の深さの設計自由度を高くできる。
【００１８】
また、前記形成工程において、前記圧力室プレートに対するエッチング加工量を前記圧力室プレートの厚さよりも小さくしても良い。この場合には、個々の圧力室の壁面が圧力室の底部で繋がることにより、圧力室プレート単体でも圧力室形状を維持することができ、圧力室プレートを圧力室支持部材上に位置決めし、組み付ける際の取扱いが容易になる。すなわち、圧力室プレートを圧力室支持部材に組み付ける際に、圧力室プレートにかかる負荷を気にする必要がなく、作業効率を向上することができる。
【００１９】
また、前記形成工程において、前記圧力室プレートに対するエッチング加工により前記圧力室プレートを板厚方向に貫通しても良い。この場合には、圧力室プレートの圧力室の溝は貫通させれば良いので、圧力室プレートの加工が容易になる。また、板厚の精度で圧力室の深さが決まるので、高精度でばらつきの小さい深さ寸法を、安定して容易に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】インクジェット記録装置１の全体的な構成を示した斜視図である。
【図２】インクジェットヘッド１０の分解斜視図である。
【図３】インクジェットヘッド１０の図２に示すＸ−Ｘにおける断面図である。
【図４】インクジェットヘッド１０の図２に示すＹ−Ｙにおける断面図である。
【図５】第二実施の形態のインクジェットヘッド１０の図２に示すＸ−Ｘにおける断面図である。
【図６】第二実施の形態のインクジェットヘッド１０の図２に示すＹ−Ｙにおける断面図である。
【図７】インクジェットヘッド１０の製造工程を示すフローチャートである。
【図８】従来のインクジェットヘッド１１０の断面図である。
【図９】従来のインクジェットヘッド１１０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、本発明に係るインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法を、公知の布帛印刷用のインクジェット記録装置１（図１参照）として実装した場合を例に説明する。
【００２２】
まず、図１を参照して、Ｔシャツ等の布帛を印刷するインクジェット記録装置１について説明する。図１に示すように、インクジェット記録装置１は、左右方向を長手方向とする略直方体形状の筐体３を有し、その底面の略中央に、前後方向に向かう二本のレール４が列設されている。二本のレール４は、筐体３の垂直方向に立ち上げられた図示外の基部上にそれぞれ支持されており、その上部に、レール４に沿って筐体３の前後方向に移動可能な平板状のプラテン支持台（図示外）を支えている。そして、プラテン支持台の略中央に垂直に立ち上げられた支柱の上端には、取り換え可能なプラテン５が固定されている。
【００２３】
プラテン５は、平面視、筐体３の前後方向を長手方向とする略長方形状の板体であり、その上面に、例えばＴシャツなどの布帛からなる被記録媒体を水平に載置するためのものである。そして、プラテン支持台を移動させるためにレール４が設けられたプラテン駆動機構の後端部にはプラテン駆動モータ７が設けられて、このプラテン駆動モータ７の駆動によって、プラテン支持台がレール４に沿って筐体３の前後方向に移動する。
【００２４】
また、筐体３の前後方向の略中央で、かつ、プラテン５の上方の位置にて、筐体３の両側面間には、インクジェットヘッドユニット２を搭載したキャリッジ２２の移動を案内するためのガイドレール９が架設されている。インクジェットヘッドユニット２は、第二ベース部材８０を介してキャリッジ２２に螺子止め固定されている。そして、ガイドレール９の左端付近に設けられたキャリッジモータ２４の駆動によって、キャリッジ２２がガイドレール９に沿って筐体３の左右方向に往復移動される。
【００２５】
また、本実施形態のインクジェット記録装置１では、シアンインク，マゼンタインク，イエローインク，ブラックインクが用いられている。そこで、インクジェット記録装置１の左側面には、各インクを収容した４つのインクカートリッジを装着可能に収容するためのインクカートリッジ収容部８が設けられている。そして、各インクカートリッジ収容部８にはそれぞれ可撓性を有するインク供給用チューブ６が連結されており、各インク供給用チューブ６を介して各色のインクジェットヘッドユニット２に供給される。
【００２６】
キャリッジ２２には、４つのインクジェットヘッドユニット２が搭載されている。各インクジェットヘッドユニット２は、各インクを噴射するための、噴射チャンネル（図示外）を例えば１２８個ずつそれぞれ備えており、各噴射チャンネルには、各々個別に駆動される圧電アクチュエータ（図示外）が設けられ、各噴射チャンネルに対応してインクジェットヘッドユニット２の底面のノズルプレート２０に孔設された微細なノズル孔２１（図３）から下向きに、インク液滴が噴射されるように制御されている。
【００２７】
次に、インクジェットヘッドユニット２に設けられるインクジェットヘッド１０の構造について説明する。図１に示すように、インクジェットヘッドユニット２には、インク供給用チューブ６から供給されるインクを一時的に貯留するサブタンク２５が設けられており、第二ベース部材８０によりキャリッジ２２に固定されている。そして、インクジェットヘッドユニット２の下部に図２に示すインクジェットヘッド１０が設けられている。
【００２８】
次に、図２から図７を参照して、第一及び第二実施の形態のインクジェットヘッド１０の構造を説明する。インクジェットヘッド１０は、ノズルプレート２０、圧力室支持部材３０、圧力室プレート４０、ダイアフラム５０、圧電素子ユニット６０、第一ベース部材７０及び第二ベース部材８０を積層して構成されている。
【００２９】
初めに、ノズルプレート２０について説明する。図２に示すように、ノズルプレート２０は、セラミック製の板状基板から構成されており、複数のノズル孔２１が均等に２列に微細加工により形成されている。この複数のノズル孔２１が形成されたノズルプレート２０の表面（下面）が、インクを下方に向けて吐出するためのノズルとして機能する。
【００３０】
次に、圧力室プレート４０について説明する。圧力室プレート４０は、図２に示すように平面視長方形の金属製の薄板から構成されている。圧力室プレート４０には、図２及び図３に示すように、ノズル孔２１にインクを供給するためのインク出口４４がノズルプレート２０のノズル孔２１の配列に対応して均等に２列形成されている。また、インク出口４４に各々接続された圧力室４３が圧力室プレート４０の長手方向と直交する方向に複数各々延設されている。図３に示すように、この圧力室４３は、圧力室プレート４０に形成された溝部であり、底部４５を残した溝として形成しても良いし、図５及び図６に示す第二実施の形態のように、底部４５がない圧力室プレート４０の厚み方向に貫通した溝部としても良い。
【００３１】
また、圧力室プレート４０には、各圧力室４３へインクを供給するインク供給路４１が、圧力室プレート４０の長辺に沿っての長手方向に２本各々延設されている。圧力室プレート４０の材質の一例としては、ステンレス鋼板や４２合金の金属板を使用する。４２合金は、Ｎｉ：４２ｗ％で残りはＦｅの組成であり、不可避不純物としてＣｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃ等が含まれている。４２合金は４２アロイ（４２Ａｌｌｏｙ）と称されることもある。４２合金は熱膨張係数が金属の中で低く、硬質ガラスやセラミックスに近い事から、セラミックス等と接合しても温度変化による反りや剥離が起こりにくい圧力室プレート４０を実現できる。また、ステンレス鋼は耐食性が高いため、使用可能なインクの選択範囲を広く取ることができる。さらに、圧力室プレート４０は、エッチング加工により、圧力室４３の溝部、インク供給路４１、インク出口４４を一度に形成すれば高精度に各部分を形成できる。また、圧力室４３を圧力室プレート４０の板の厚み方向に貫通する場合には、前記圧力室プレート４０に対するエッチング加工を圧力室プレート４０を貫通するまで行えばよい。また、圧力室４３の底部４５を残す場合には、圧力室４３の底部４５を残す所望の深さまでエッチング加工をした後に、圧力室４３部分をマスクして、インク供給路４１及びインク出口４４を圧力室プレート４０の板の厚み方向に貫通するまでエッチング加工すれば良い。
【００３２】
次に、圧力室支持部材３０の構成について説明する。圧力室支持部材３０は、図２に示すように、平面視長方形の高剛性セラミック部材の板材から構成され、圧力室プレート４０を支えて変形を防止する。圧力室支持部材３０には、図２及び図３に示すように、ノズル孔２１にインクを供給するためのインク出口孔３３がノズルプレート２０のノズル孔２１の配列に対応して均等に２列形成されている。このインク出口孔３３は、圧力室支持部材３０を板厚方向に貫通しており、ノズルプレート２０とは反対の面で、圧力室プレート４０のインク出口４４に対応した位置に形成されている。また、圧力室支持部材３０には、図２及び図３に示すように、インク供給路３１が形成され、圧力室プレート４０のインク供給路４１とともに、圧力室４３へインクを供給する共通インク室を構成している。
【００３３】
次に、圧力室支持部材３０を構成する高剛性セラミック部材について表１を参照して説明する。圧力室支持部材３０としては、圧力室プレート４０よりもヤング率の高いセラミック部材を用いる。例えば、圧力室プレート４０にステンレス（ヤング率：２００Gpa)や４２合金（ヤング率：１５０Gpa)を用いる場合には、これより、ヤング率の高い高剛性セラミック部材を用いる。例えば、炭化ケイ素（ヤング率：４３０Gpa）、アルミナ（ヤング率：３７０Gpa）、窒化ケイ素（ヤング率：２９０Gpa）等を用いることができる。この場合には、圧力室支持部材３０のヤング率を圧力室プレート４０よりも大きくして圧力室支持部材３０を高剛性化し、圧力室プレート４０の変形を防止できる。尚、タングステン（ヤング率：４０７Gpa)、モリブデン（ヤング率：３３０Gpa)、超硬合金（ヤング率：５００〜６４０Gpa)といった高剛性金属材料も圧力室支持部材３０に使用することはできるが、価格が高く、また、加工しにくいという問題点がある。
【表１】
【００３４】
また、異種材料２層の貼り合せでは、熱膨張係数の違いによる寸法精度の不良や反りの問題が考えられる。ステンレス（線膨張係数：１７×１０−６／℃)を圧力室プレート４０に用いた場合には、圧力室支持部材３０に、炭化ケイ素（線膨張係数：６．６×１０−６／℃)やアルミナ（線膨張係数：７．２×１０−６／℃)を用いれば、熱膨張係数の差は２〜３倍程度なので、低温での貼り合せや熱膨張を見込んだ設計によって寸法精度の不良や反りを防止できる。また、４２合金（線膨張係数：４．５〜６×１０−６／℃）を圧力室プレート４０に用いた場合には、線膨張係数が低く、炭化ケイ素（線膨張係数：６．６×１０−６／℃)やアルミナ（線膨張係数：７．２×１０−６／℃)、窒化ケイ素（線膨張係数：２．６×１０−６／℃）のいずれとも熱膨張係数の差が小さいので、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素を圧力室支持部材３０に用いれば、熱膨張係数の違いによる寸法精度の不良や反りの問題が生じにくい。
【００３５】
次に、ダイアフラム５０について説明する。図２及び図３に示すように、ダイアフラム５０は、平面視長方形の薄板材から構成され、圧力室プレート４０の圧力室４３の蓋の役割と、振動板の役割を果たすものである。ダイアフラム５０としては、金属の薄板を用いることができ、一例としては、銅板やステンレスの薄板等を用いることができる。ダイアフラム５０には、圧力室支持部材３０のインク供給路３１へのインクを通過させるインク通過口５１が４箇所四隅に設けられている。
【００３６】
次に、圧電素子ユニット６０について説明する。図２及び図３に示すように、圧電素子ユニット６０は、平面視長方形の板状に形成され、圧力室プレート４０の各圧力室４３に対応する位置に各々圧電素子活性部６２が設けられており、電圧の印加によりアクチュエータとしてダイアフラム５０を変形させて圧力室４３のインクに対して加圧又は減圧するようになっている。この圧電素子ユニット６０には、圧力室支持部材３０のインク供給路３１へのインクを通過させるインク通過口６１が４箇所四隅に設けられている。圧電素子活性部６２が圧力発生部に相当し、圧電素子ユニット６０がアクチュエータに相当する。
【００３７】
次に、第一ベース部材７０について説明する。図２及び図３に示すように、第一ベース部材７０は、平面視長方形の板状に形成され、圧電素子ユニット６０を第二ベース部材８０に固定するスペーサの役目と第二ベース部材８０のインク通過口８１からのインクを圧電素子ユニット６０のインク通過口６１に振り分ける流路の役目をするものである。第一ベース部材７０には、圧電素子ユニット６０の各インク通過口６１へインクを通過させるインク流路７１が第一ベース部材７０の長手方向の端部近傍に各々に設けられている。
【００３８】
次に、第二ベース部材８０について説明する。図２及び図３に示すように、第二ベース部材８０は、平面視長方形の部分と長方形の部分の長手方向の端部から各々延設された部分とからなる金属製の板材である。また、第二ベース部材８０の長手方向の端部近傍には、各々、Ｕ字状の切欠８４及び螺子孔８３が設けられている。第二ベース部材８０は、切欠８４及び螺子孔８３を利用してインクジェットヘッド１０をキャリッジ２２に固定する固定部材の役目を果たすものである。第二ベース部材８０の材質の一例としては、剛性のあるステンレス鋼板等を用いれば良い。第二ベース部材８０には、第一ベース部材７０の各インク流路７１にインクを通過させるインク通過口８１が第二ベース部材８０の長手方向の端部近傍に各々に設けられている。尚、上記のインクジェットヘッド１０には、圧電素子ユニット６０に対する図示外の配線等がなされている。
【００３９】
次に、インクジェットヘッド１０の製造方法について、図７に示すインクジェットヘッド１０の製造工程のフローチャートを参照して説明する。このインクジェットヘッド１０の製造工程では、まず、圧力室プレート形成工程を行う（Ｓ１１）。この圧力室プレート形成工程では、圧力室プレート４０を金属シート材をエッチング加工して形成する。圧力室プレート４０の材質としては、ステンレス鋼板や４２合金のシート材を用いる。シート材の厚みは、形成する圧力室の深さに対応したものを用いる。ここで、圧力室プレート４０のエッチング加工は、図３及び図４に示すように、エッチング加工量を圧力室プレート４０の厚さよりも小さくして圧力室４３の底部４５を残すハーフエッチングとしても良い。また、エッチング加工量を圧力室プレート４０の厚さと同じにして底部４５を残さず、圧力室プレート４０の板厚方向に圧力室４３を貫通するフルエッチングとしても良い。
【００４０】
次に、圧力室プレート形成工程（Ｓ１１）で形成した圧力室プレート４０と、予め高剛性セラミック素材をＣＩＭ（セラミックインジェクションモールド）工法によって形成した圧力室支持部材３０との接着による固定工程を行う（Ｓ１２）。接着剤の一例としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。
【００４１】
インクジェットヘッド１０の製造工程では、上記の２つの工程と平行して、予め形成しておいた第一ベース部材７０と第二ベース部材８０との接着工程を行う（Ｓ２１）。接着剤の一例としては、エポキシ系の接着剤を用いれば良い。次に、第二ベース部材８０に接着した第一ベース部材７０に圧電素子ユニット６０を接着する（Ｓ２２）。その後、圧電素子ユニット６０にダイアフラム５０を接着する（Ｓ２３）。
【００４２】
次いで、一体化工程（Ｓ３１）を行う。上記のＳ１１とＳ１２で形成した圧力室支持部材３０を接着した圧力室プレート４０と、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の工程で形成したものを一体化になるように接着する（Ｓ３１）。接着剤の一例としては、エポキシ系の接着剤を用いれば良い。次いで、一体化したユニットの圧力室支持部材３０の下面側にノズルプレート２０を接着する（Ｓ３２）。接着剤の一例としては、エポキシ系の接着剤を用いれば良い。
【００４３】
以上説明したインクジェットヘッド１０の製造方法により、図２から図４に示す第一実施の形態のインクジェットヘッド１０及び図５及び図６に示す第二実施の形態のインクジェットヘッド１０が製造できる。
【００４４】
上記の実施の形態のインクジェットヘッド１０では、圧力室プレート４０を金属シート材のエッチングによって形成することにより、高精度な寸法精度の圧力室４３を形成できる。また、圧力室プレート４０を高い歩留りで低コストに形成できる。さらに、従来と異なり圧力室４３が圧力室支持部材３０に形成されないので、圧力室支持部材３０には、高精度な加工が不要となり、圧力室支持部材３０は高剛性なアルミナ等のセラミック材料で形成できる。従って、従来の微細加工のために高コストとなっていた部品コストを大幅に低減できる。また、異種材料２層の貼り合せでは、熱膨張係数の違いによる寸法精度の不良や反りの問題が起こるが、低温での貼り合せや熱膨張を見込んだ設計によって解決することができ、低コストで高精度且つ剛性の高いインク室が得られる。これによって、高粘度インクに対応可能なインクジェットヘッドのコストダウンが実現できる。
【００４５】
なお、本発明は、以上詳述した実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能なことはいうまでもない。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、インクジェットヘッド１０を用いるインクジェット記録装置１は、布帛を印刷するものを例に説明したが、インクジェット記録装置１は、布帛を印刷するものに限られず各種用途のインクジェット記録装置に適用できる。
【００４７】
また、図７に示すインクジェットヘッド１０の製造工程は、一例に過ぎず、Ｓ２１からＳ２３の工程をＳ１１及びＳ１２の工程より先にやっても良いし、同時にやっても良い。また、圧力室支持部材３０や圧力室プレート４０は、上記の例に限られず、圧力室支持部材３０のヤング率が圧力室プレート４０のヤング率より大きくなるもので、線膨張係数の差が大きくないものを選べば適宜の材料を使用できる。また、圧力室支持部材３０は、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素の何れか一つを焼成したものでも、また、これらの少なくとも一つを主成分とし、他の成分を含むものでも良い。
【符号の説明】
【００４８】
１ インクジェット記録装置
２ インクジェットヘッドユニット
１０ インクジェットヘッド
２０ ノズルプレート
２１ ノズル孔
３０ 圧力室支持部材
３１ インク供給路
３３ インク出口孔
４０ 圧力室プレート
４１ インク供給路
４３ 圧力室
４４ インク出口
４５ 底部
５０ ダイアフラム
６０ 圧電素子ユニット
６２ 圧電素子活性部
７０ 第一ベース部材
８０ 第二ベース部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部にインクを吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルからインクを吐出するのに必要な圧力を前記インクに加えるための複数の圧力室と、前記各圧力室に圧力を各々与える複数の圧力発生部を備えたアクチュエータを有するインクジェットヘッドであって、
前記圧力室は、金属製の圧力室プレートに形成され、
当該圧力室プレートに対して前記アクチュエータとは反対側に、当該圧力室プレートを支持する圧力室支持部材が設けられ、
当該圧力室支持部材は前記圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料によって形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記圧力室プレートを４２合金又はステンレス鋼で形成したことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記圧力室支持部材を炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素の少なくとも一つを含む高剛性セラミックス材料で形成した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ヘッド。
【請求項４】
前記圧力室支持部材をタングステン、モリブデン、超硬合金の少なくとも一つを含む高剛性金属材料で形成した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ヘッド。
【請求項５】
前記圧力室の深さが前記圧力室プレートの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記圧力室の深さが前記圧力室プレートの厚さに等しいことを特徴とする請求項１乃至４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置。
【請求項８】
外部にインクを吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルからインクを吐出するのに必要な圧力を前記インクに加えるための複数の圧力室と、前記各圧力室に圧力を各々与える複数の圧力発生部とを備えたアクチュエータを有するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記圧力室となる部分を、金属製の圧力室プレートに形成する形成工程と、
前記圧力室プレートに対して前記アクチュエータと反対側に位置するように、前記圧力室プレートよりも大きいヤング率の材質からなる圧力室支持部材を固定する固定工程とを備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記形成工程において、前記圧力室となる部分を、前記圧力室プレートをエッチング加工することによって形成することを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記形成工程において、前記圧力室プレートに対するエッチング加工量を前記圧力室プレートの厚さよりも小さくしたことを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記形成工程において、前記圧力室プレートに対するエッチング加工を前記圧力室プレートを貫通するまで行うことを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１】
外部にインクを吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルからインクを吐出するのに必要な圧力を前記インクに加えるための複数の圧力室と、前記各圧力室に圧力を各々与える複数の圧力発生部を備えたアクチュエータを有するインクジェットヘッドであって、
前記圧力室は、金属製の圧力室プレートに形成され、
当該圧力室プレートに対して前記アクチュエータとは反対側に、当該圧力室プレートを支持する圧力室支持部材が設けられ、
当該圧力室支持部材は前記圧力室プレートよりも大きいヤング率の材料によって形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記圧力室プレートを４２合金又はステンレス鋼で形成したことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記圧力室支持部材を炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素の少なくとも一つを含む高剛性セラミックス材料で形成した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ヘッド。
【請求項４】
前記圧力室支持部材をタングステン、モリブデン、超硬合金の少なくとも一つを含む高剛性金属材料で形成した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ヘッド。
【請求項５】
前記圧力室の深さが前記圧力室プレートの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記圧力室の深さが前記圧力室プレートの厚さに等しいことを特徴とする請求項１乃至４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置。
【請求項８】
外部にインクを吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルからインクを吐出するのに必要な圧力を前記インクに加えるための複数の圧力室と、前記各圧力室に圧力を各々与える複数の圧力発生部とを備えたアクチュエータを有するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記圧力室となる部分を、金属製の圧力室プレートに形成する形成工程と、
前記圧力室プレートに対して前記アクチュエータと反対側に位置するように、前記圧力室プレートよりも大きいヤング率の材質からなる圧力室支持部材を固定する固定工程とを備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記形成工程において、前記圧力室となる部分を、前記圧力室プレートをエッチング加工することによって形成することを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記形成工程において、前記圧力室プレートに対するエッチング加工量を前記圧力室プレートの厚さよりも小さくしたことを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記形成工程において、前記圧力室プレートに対するエッチング加工を前記圧力室プレートを貫通するまで行うことを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２０７０９８（Ｐ２０１１−２０７０９８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７７８３６（Ｐ２０１０−７７８３６）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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