JPH06320725A - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力発生室を圧縮変形させる薄肉部の疲労破
壊を防止しつつ、キャビテーションの発生を抑えるこ
と。 【構成】 圧力発生室３１、リザーバ３３、及びこれら
を接続するインク供給口３２とが形成されたスペーサ部
材３０と、スペーサ部材３０の一方の面に気密的に固定
されて、圧力発生室３１のインク圧を受けてインク滴を
発生するノズルプレート４０とスペーサ３０の他方の面
に気密的に固定されて、圧力発生室３１を押圧する振動
板２０と、この振動板２０を押圧する圧電振動子２とを
備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、振動板２
０には、ノズル開口４１側のコンプライアンスがインク
供給口３２側のコンプライアンスよりも大きくなるよう
に、より大きな領域を示す薄肉部２１ａを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力発生手段により圧
力発生室内のインクに圧力を印加してノズル開口からイ
ンク滴を発生させるインクジェット式記録ヘッド、より
詳しくは圧力発生室の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一端がインクタンクに連通する圧力発生
室にノズル開口を設けると共に、圧力発生室に圧力を発
生させる手段、例えば圧力発生室内にインクの一部を気
化させるべく設けられたヒータや、また圧力発生室の一
部をダイヤフラム状に形成して変形可能領域を形成し、
この領域を押圧する機械的変位手段を設けて、ノズル開
口からインク滴を発生させるように構成されている。と
くに圧力発生室の一部に変形可能領域を形成して、この
領域に縦振動モードの圧電振動子を当接させる方式によ
れば、熱によるインクの変質を招くことがないので、カ
ラー印刷などに適している。

【０００３】ところでこのような縦形振動モードを備え
た圧電振動子により圧力発生室を弾性変形させてインク
滴を発生させるインクジェット式記録ヘッドは、圧力発
生室のノズル開口配列方向の幅を極めて小さくすること
ができるため、高い解像度での印刷が可能となる反面、
解像度を向上させるために小型化を図れば図るほど、圧
力発生室の変形領域の剛性を下げるために薄くせねばな
らず、機械的強度が低下するという不都合がある。

【０００４】すなわち、ノズル開口列を、相互のノズル
開口が千鳥状となるように４列配列して構成された解像
度３００ＤＰＩ程度のインク式記録ヘッドは、圧力発生
室は長さが１乃至２ミリメートル、幅が２００μｍ程度
であり、また、変形領域を構成する振動板の厚さが可撓
性を備えた領域が１乃至３μｍ、また圧電振動子からの
変位を受ける領域が数１０μｍ程度である。さらに圧力
発生室を変形させる縦振動モードの圧電振動子の先端の
サイズは５００μｍ×２００μｍ程度である。このた
め、振動板は、圧電振動子と当接する部分に圧電振動子
の長さよりも長い凸部、いわゆるアイランド部が形成さ
れていて、圧電振動子の変位を振動板の長手方向に拡大
してマッチングを取るように構成されている。この結
果、アイランド部と可撓性を備えた薄肉部の切れ目近傍
に圧力集中が生じ易く、振動板に破損が生じるという問
題がある。このような破損の防止を目的とするだけなら
ば、薄肉部を可及的に厚くして機械的強度を持たせると
いう手法も考えられるが、他方においてインク滴生成時
の急激な圧力上昇を緩和させないと、微小インク滴の発
生を招いて、印字品質を低下させてしまうという問題が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたものであってその目的とするところ
は、印字品質の向上と振動板の耐久性の向上とを図るこ
とができる新規なインクジェット式記録ヘッドを提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、圧力発生室と、該圧力発生
室に連通するノズル開口及びインク供給路と、前記圧力
発生室に圧力を印加する圧力発生手段を有するインクジ
ェット式記録ヘッドにおいて、少なくとも前記圧力発生
室の前記ノズル開口近傍にインク滴生成時のインク圧力
により変形可能な薄肉部を備えるようにした。

【０００７】

【作用】ノズル開口側に比較してより大きな圧力が掛か
るインク供給口側の領域に、ノズル開口側よりも高い剛
性を持たせても、インク滴生成時に発生する瞬間的な高
い圧力は、ノズル開口側の薄肉部で吸収されるため、不
要なインク滴の飛び出しが防止される。また薄肉部で吸
収された圧力は、インク滴発生の圧力として時間を延長
して利用されるため、エネルギ効率が向上する。

【０００８】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図２は、縦振動モードの圧電振動
子を用いたインクジェット式記録ヘッドの概要を示すも
のであって、図中符号１は、圧電振動ユニットで、図３
に示したように縦振動モードを備えた圧電振動子２，
２，２‥‥を変換器ユニット基板３にノズル開口４１，
４１，４１‥‥の配列ピッチ、例えば２８０μｍで固定
して構成されている。これら圧電振動子２，２，２‥‥
は、厚さ５００μｍ程度の圧電振動板を、その一端を変
換器ユニット基板３に接着剤で固定して、幅が１５０μ
ｍ程度となるようにワイヤソウなどにより２８０μｍ程
度のピッチで、深さ数ｍｍ程度のスリット４，４，４‥
‥を形成することにより構成されている。

【０００９】これら圧電振動子２，２，２‥‥は、その
対向する面に電極５，６が構成されていて、一方の面の
電極５はユニット基板３のリード電極７，７，７‥‥
と、また他方の面の電極６，６，６‥‥は接続部材８に
より短絡されて両側のダミー振動子１０，１０に形成さ
れている電極１１，１１を介してリード電極１２，１２
に接続されている。これらリード電極７，７，７‥‥、
及び１２，１２‥‥は、接続手段１４を介して駆動回路
に接続されている。

【００１０】２０は、振動板で、図４に示したようにド
ット形成密度に対応して２８０μｍ程度の一定ピッチ、
長手方向の端部が円弧状となるほぼ長方形の凹部２１を
有しており、凹部２１の中心部には圧電振動子２，２，
２‥‥の先端に当接する厚肉部としてのアイランド部２
２，２２，２２‥‥が形成されている。このアイランド
部２２，２２，２２‥‥は、これの周囲を囲むようにし
て形成された薄肉部２３により厚肉部として形成された
振動子基体２４と一体となっている。この結果、凹部２
１と凹部２１との間には厚肉部としてのブリッジ部２４
ａ，２４ａ‥‥が形成されて、振動領域となる凹部２
１，２１，２１‥‥を補強するようになっている。この
凹部２１のノズル開口４１側の長さＬａは、インク供給
口３２側の長さＬｂよりも長く構成されている。

【００１１】振動板２０は、これを構成する材料により
厚肉部や薄肉部の厚さが変わるが、例えばニッケル等の
金属を用いた場合には、厚肉部はその厚みを２５μｍ程
度に、また薄肉部はその厚みを１μｍ乃至３μｍ程度に
選択され、また凹部２１は、その長さＬ’がせいぜい数
ミリに、また幅Ｗが数百μｍに選択され、さらにアイラ
ンド部の長さＬは１ｍｍ程度に、幅がせいぜい数十から
２００μｍに選ばれている。このような厚肉部と薄肉部
を備えた振動板は、ニッケルなど金属に対しては電鋳
（エレクトロフォーミング）や、またシリコンやガラス
などに対してはエッチング技術を、さらにエンジニアリ
ングプラスチックに対しては射出成形を適用することに
より工業レベルで容易に加工することができる。

【００１２】再び図１，２に戻って図中符号３０は、ス
ペーサで、ノズルプレート４０と振動板２０との間に介
在して圧力発生室３１，３１，３１‥‥やリザーバ３２
を形成するとともに、各圧力発生室３１，３１，３１‥
‥とリザーバ３３を接続するインク供給口３３を形成す
るために、通孔３５，３５，３５‥‥、３６，３７，３
７，３７‥‥を備えている。

【００１３】これら振動板２０，スペーサ３０，及びノ
ズルプレート４０は、それぞれ相互間での位置合わせを
された上で、気密性を保持するように流路構成部材とし
て一体にまとめ上げられている。そして振動板２０のア
イランド２２，２２，２２‥‥を圧電振動子２，２，２
‥‥の先端に当接させて位置決めした後、ユニット基台
３を接着剤５５により固定し、インクジェット式記録ヘ
ッドを構成している。

【００１４】このような固定方法を採ることにより振動
板２０は、ブリッジ部２４ａのノズル開口４１側、及び
インク供給口３２側を基台５０とスペーサ３０によりサ
ンドイッチ状態に挟んだ状態で固定されることになり、
薄肉部２１がブリッジ部２４ａにより補強されることに
なる。

【００１５】この実施例において、圧電振動子２，２，
２‥‥にこれを収縮させる方向の駆動信号が印加される
と、圧力発生室３１が膨脹するから、リザーバ３３から
インク供給口３２を介して圧力発生室３１にインクが流
れ込む（図７ Ｉ）。次いで圧電振動子２，２，２‥‥
を収縮させる駆動信号が圧電振動子２，２，２‥‥に印
加されると、圧電振動子２，２，２‥‥が伸長してアイ
ランド部２２を押圧することになる。アイランド部２
２，２２，２２，２２は、圧力発生室３１の長手方向に
延びているので、圧電振動子２，２，２‥‥の長さＬｚ
が圧力発生室３１の長さＬ’に満たないとしても、圧力
発生室３１は、アイランド部２２，２２，，２２‥‥の
剛性により可及的に広い範囲にわたって押圧されること
になって広い範囲が収縮する。

【００１６】この圧縮の過程で圧力発生室３１内には３
気圧程度の高い圧力が発生するため、コンプライアンス
が大きなノズル開口４１側の薄肉部２１ａが若干膨張し
て、ノズル開口側領域の圧力の一部を吸収してピーク圧
力を下げながらノズル開口４１側に存在するインクをノ
ズル開口４１からインク滴として記録媒体に飛翔させる
（図７ ＩＩ）。またインク供給口３２側に存在するイ
ンクは供給口３２から一部がリザーバ３３に流出するこ
とになる。 そして、ノズル開口側の薄肉部２１ａは、
時間の経過とともに自身の弾性により元の状態に復帰す
るが、このときインクを押圧してインク滴発生のための
圧力として寄与することなる。

【００１７】ところで周知のようにインク滴の発生効率
を高めるために、インク供給口３２の流体抵抗はノズル
開口４１の流体抵抗よりも大きく設定されているため、
通常インク供給口側には大きなインク圧が作用すること
になる。すなわち、図８に示したようにノズル開口側の
圧力（図中、点線により示す線図）と、インク供給口側
の圧力（図中、実線で示す線図）とには相異があり、イ
ンク供給口側には２０パーセント以上高い圧力が作用す
る。

【００１８】しかしながら、前述したようにインク供給
口側の薄肉領域２１ｂは、ノズル開口側の領域２１ａよ
りも面積を小さく設定されていてコンプライアンスが小
さく抑えられているため、このような高い圧力を受けて
も過度に変形することなく圧電振動子２に追従して最後
まで変位する（図７ ＩＩＩ）。この結果、従来とかく
インク供給口側で生じ易かった薄肉部の亀裂Ｋ（図９）
が防止されることになる。

【００１９】一方、これら薄肉領域は、隣接する他の薄
肉領域とは厚肉領域として形成されたブリッジ部２４
ａ、２４ａ，２４ａ‥‥により隔てられていて、しかも
ブリッジ部２４ａ、２４ア，２４ａ‥‥が基台５０とス
ペーサ３０によりは挟まれて固定されているから、圧電
振動子２，２，２‥‥の伸長に伴う振動板全体の変形が
可及的に抑制され、クロストークの原因となる振動板全
体に及ぶ曲がりやねじりが防止される。

【００２０】（具体例）そこで、実際のインクジェット
式記録ヘッドにおける振動板を例にとってアイランド部
と薄肉部のサイズの関係について説明する。薄肉部の厚
さを１．５μｍ、アイランド部の厚さ１５μｍ、また圧
力発生室の長手方向の長さを１．２ミリメートルとし、
アイランド部２２の長さＬとノズル開口側の薄肉部２１
ａの長さＬａ、インク供給口側の薄肉部２１ｂの長さＬ
ｂとを相互に変化させてノズル開口領域のコンプライア
ンスＣＮと、インク供給口側領域のコンプライアンスＣ
Ｆと、印刷品質、特にキャビテーションに伴う微小イン
ク滴の発生、及びインク供給口側の薄肉部２１ｂの耐久
性について調べところ、表１のに示すような結果を得
た。（なお、これらコンプラインスは、対照物のサイズ
の関係上実測が不可能であるから、有限要素法により推
定した。）

【００２１】

【表１】

【００２２】このことから、インク供給口側のコンプラ
イアンスＣＦが大きくなると微小インク滴の発生を抑制
できるものの、インク供給口側の薄肉部２１ｂの疲労を
招きやすいことが確認された。つまり図１０に示したよ
うにインク供給口側の薄肉部２１ｂの長さＬｂが大きく
なるにつれて、アイランド部２２との境界、つまり亀裂
Ｋ（図９）が入りやすい部分に掛かる応力が大きくなる
ことも確認された。

【００２３】またノズル開口側のコンプライアンスＣＮ
とインク供給口側のコンプライアンスＣＦとが同等にな
ると、インク供給口側の薄肉部２１ｂの疲労を防止する
ことはできるが、瞬間的な圧力上昇をノズル開口近傍で
吸収することができず、微小インク滴が発生して印字品
質が低下する。

【００２４】そして、ノズル開口側のコンプライアンス
ＣＮをインク供給口側のコンプライアンスＣＦよりも
１．２倍以上にすると、微小インク滴の発生を可及的に
抑制しつつ、インク供給口側の薄肉部２１ｂの耐久性を
向上させれることが判明した。

【００２５】これらのことから、少なくともノズル開口
側の薄肉部２１ａの長さＬａを、インク供給口側の薄肉
部２１ｂの長さＬｂよりも大きくするなどの手法によ
り、圧力発生室３１のノズル開口側領域のコンプライア
ンスＣＮを大きくすることが、印字品質と振動板の耐久
性を向上するための極めて有効な手段であることが判明
した。

【００２６】上述の実施例においてはアイランド部をノ
ズル開口側からインク供給口側に延びる１本の連続体と
して形成するようにしたが、図１１（ａ）に示したよう
に中央部がくびれた形状のアイランド部５０，５０を形
成したり、また同図（ｂ）に示したように複数の分離し
たアイランド部５１，５２，５３を形成しても同様の作
用を奏することは明らかである。

【００２７】また上述の実施例においては薄肉部及びア
イランド部の厚みを一定にして、アイランド部とインク
供給口、及びノズル開口との間の距離を調整することに
より、両者間のコンプライアンスの比率を調整するよう
にしているが、図１２に示したように振動板６０に形成
されているアイランド部６１のノズル開口４１側の薄肉
部６２ａとインク供給口３２側の薄肉部６２ｂとの厚み
ｔ1、ｔ2の関係を、インク供給側の薄肉部６２ａが薄く
なるようにして、インク供給側の薄肉部６２ｂのコンプ
ライアンスＣＦを下げても同様の作用を奏することは明
らかである。そしてこの実施例によればインク供給側の
薄肉部の厚みが大きくできるため、より一層耐久性を向
上させることができる。

【００２８】さらには図１３に示したように振動板７０
のノズル開口側の薄肉部７１ａ、及びインク供給口側の
薄肉部７１ｂの厚みを同一とするものの、アイランド部
７２のノズル開口側にアイランド部本体の厚みｔ4より
も厚みｔ3の薄い部分７２ａを形成して、薄肉部７１ａ
及びアイランド部７２ａとでノズル開口側のコンプライ
アンスを増加させるようにしても同様の作用を奏するこ
とは明らかである。そしてこの実施例によれば、ノズル
開口側の薄肉部７１ａの鋭角的な変形を緩和して振動板
７０の耐久性を向上させることができる。さらにまた、
図２１に示したように積層圧電振動子２と接続するアイ
ランド部２２とは別にインク供給口側にアイランド部５
４を形成することにより、圧力発生室内のインク圧力に
対して容積変化を妨げることができ、図９に示した薄肉
部の亀裂Ｋが生じにくく、振動板の耐久性を向上するこ
とができる。

【００２９】また、上述の実施例においては、アイラン
ド部２２に圧電振動子２を直接当接させていたが、図１
４（ａ）に示したように圧電振動子２の先端の長さより
も大きく、かつアイランド部２２の長さよりも短い伝達
部材７５，７５，７５‥‥を介して当接させるようにし
た場合や、図１４（ｂ）に示したように複数のアイラン
ド部５１，５２，５３に渡って伝達部材７５，７５，７
５‥‥を介して圧電振動子２を当接させた場合でも同様
の作用を奏することは明らかである。この実施例によれ
ば、圧電振動子を周波数に適したサイズに形成しても、
伝達部材７５，７５，７５‥‥によりマッチングを取る
ことができて、効率よく振動エネルギを圧力発生室に伝
達することができるばかりでなく、伝達部材７５，７
５，７５‥‥の剛性を適当に選ぶと、両端部が図中上方
となるように弓なりに変形させて、アイランド部２２と
薄肉部２１ａ，２１ｂとの境界ヘの応力集中を緩和する
ことができる。

【００３０】さらに上述の実施例においてはノズル開口
を振動板に対向させて設けた形式のものに例を採って説
明したが、図１５に示したように圧電振動子８０に当接
する振動板８１と平行にノズル開口８３を形成した形式
のものに適用しても同様の作用を奏することは明らかで
ある。

【００３１】図１６は、本発明の他の実施例を示すもの
であって、図中符号９０は、ノズルプレートで、中央部
に４列に複数のノズル開口９１，９１，９１‥‥が形成
されている。９２はスペーサで、ノズル開口９１を中心
部に位置させるように圧力発生室となる通孔９３，９
３，９３‥‥と、これの両側からインクを供給するリザ
ーバとなる通孔９４，９４と、これら通孔９３，９３，
９３‥‥，９４，９４，９４‥‥とを結ぶようにインク
供給口となる溝９５，９５が設けられている。９７は、
振動板で、ノズル開口９１，９１，９１‥‥に対向する
部分とインク供給口近傍とに薄肉部９８ａ、９８ｂ、９
８ｂを備えるようにして２つのアイランド部９９，９９
が形成されている。そしてノズル開口９１に対向する部
分の薄肉部９８ａが、インク供給口側の薄肉部９８ｂ、
９８ｂよりもコンプライアンスが小さくなるように、厚
みを調整したり、またこの実施例のように面積を大きく
とるように形成されている。これら各圧力発生室の２つ
のアイランド部９９，９９には、圧電振動子１００の先
端が当接されている。

【００３２】この実施例において、圧電振動子１００に
駆動信号を印加すると、圧電振動子１００の変位は、２
つのアイランド部９９，９９を介して圧力発生室に伝達
され、ここに存在するインクを圧縮する。これによって
発生した圧力は、ノズル開口９１近傍のインクがインク
滴となってノズル開口９１から飛び出させ、また一部が
ノズル開口９１に対向する薄肉部９８ａを変形させて、
過度な圧力を減衰し、キャビテーションの引き起こしを
防止する。この圧力は同時にインク供給口側の薄肉部９
８ｂ、９８ｂにも作用するが、前述したごとくこの領域
は、そのコンプライアンスが圧電振動子１００の変位を
妨げない程度に小さく設定されているので、過度な変形
を起こすことがなく、疲労が最小限に抑えられる。

【００３３】なお、上述の実施例のおいてはほぼ長手方
向断面が長方形状の圧力発生室に例を採って説明した
が、図１７に示したように断面が円筒状に形成された圧
力発生室１０２を備えたインクジェット式記録ヘッドに
も適用できる。すなわち、圧力発生室１０２となる円柱
状の通孔が穿設されたスペーサ１０３の一方の面に、ノ
ズルプレート１０４を配置して圧力発生室１０２の中心
に位置するようにノズル開口１０５を形成し、また他方
の面にドーナツ状のアイランド部１０６を備えた振動板
１０７を配置し、このアイランド部１０６に圧電振動子
１０８を当接させて記録ヘッドを構成する。

【００３４】この実施例において設けて、圧電振動子１
０８に駆動信号を印加すると、振動板１０７が圧電振動
子１０８に押圧されて圧力発生室１０２を収縮させる。
これにより発生した圧力により圧力発生室１０２のイン
クの一部がノズル開口１０５からインク滴となって飛び
出す。同時にこの近傍の圧力は、アイランド部１０６の
内周側の薄肉部１０７ａを弾性変形させて、その圧力を
低下させ、キャビテーション等の発生を防止する。一
方、インク供給口１０９側、つまりにアイランド部１０
６の外周側の領域の薄肉部１０７ｂは、アイランド部１
０６とスペーサ１０３とに囲まれて支持されているか
ら、コンプライアンスが小さく、インク圧での変形量が
可及的に小さく抑えられることになる。

【００３５】図１８は、本発明の他の実施例を示すもの
であって、図中符号１１０，１１１は、振動板１１２に
形成された第１，第２のアイランド部で、インク供給口
１１３側に設けられたアイランド部１１０は、インク供
給側の端部が振動板全体の厚肉部と連続していて、３方
が薄肉部１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄにより弾性変形
可能に構成されている。これら２つのアイランド部１１
０，１１１には圧電振動子１１５の先端が当接されてい
て、圧力発生室１１６を圧縮可能に構成されている。

【００３６】この実施例によれば圧電振動子１１５の変
位は２つのアイランド部１１０，１１１に伝達され、一
方のアイランド部１１０は、一端を支持された片持梁と
なって薄肉部の弾性と協同して圧力発生室１１６を収縮
させ、またアイランド部１１１は周囲の薄肉部１１４ａ
を弾性変形させて圧力発生室１１６を収縮させる。この
圧力発生室１１６の収縮によるインク圧は、ノズル開口
１１７近傍のインクをノズル開口１１７から液滴として
飛翔させ、また一部がアイランド部１１１周辺の薄肉部
１１４ａを弾性変形させて過度な圧力を減少する。他方
インク供給口１１３側のインク圧は、アイランド部１１
０を変位させるように作用するが、これの端部１１０ａ
が振動板１１２の厚肉部に連続しているため、この領域
をほとんど変形させることができない。これにより、圧
電振動子の変位を妨げることなく、しかもインク供給口
側の薄肉部１１４ｃ、１１４ｄの疲労を防止することが
できる。

【００３７】ところで上述の実施例においては同一列に
ノズル開口を９０ＤＰＩ程度の密度で配列する場合を例
に採って説明したが、同一列に１５０ＤＰＩ以上の密度
でノズル開口を配列する場合には、隣接圧力発生室同士
間の間隙が極めて小さくなる。したがって、このような
場合には薄肉部を区画する前述のブリッジ部を構成する
ことが困難となる。すなわち高密度配列の場合には図１
９に示したように圧電振動子１２０，１２０，１２０‥
‥の配列領域全体を薄肉部１２１，１２１として形成す
るとともに、圧電振動子１２０に対向する部分、つまり
圧力発生室１２８，１２８，１２８‥‥に合わせてにア
イランド部１２２，１２２，１２２‥‥を形成し、さら
に薄肉部１２１，１２１を区画している周囲の厚肉部１
２５の内、ノズル開口１２６，１２６，１２６‥‥側の
境界とアイランド部１２２，１２２，１２２‥‥の先端
との間の領域ＡのコンプライアンスＣＮと、アイランド
部１２２，１２２，１２２，１２２‥‥の後端とインク
供給口１２７，１２７，１２７‥‥の間の領域Ｂの薄肉
部のコンプライアンスＣＦとを、長さや、厚み等を調整
することによりノズル開口側の領域Ａのコンプライアン
スＣＮがインク供給側のコンプライアンスＣＦの１．２
倍以上となるように調整すると、インク供給口側の薄肉
部の疲労を小さくすることができる。なお、図中符号１
２９，１２９はリザーバをそれぞれ示す。

【００３８】また、上述の実施例においては、ノズルプ
レート、スペーサ、及び振動板のそれぞれ異なる部材を
集積して圧力室を区画する場合に例を採って説明した
が、図２０（ａ）に示したように、シリコンウエハー１
３０を両面からエッチングして一方の面にアイランド部
１３１とこれを挟むようにノズル開口１３７側とインク
供給口１３５側とに薄肉部１３２，１３３とを形成する
とともに、他方の面には凹部を形成して圧力発生室１３
４，インク供給口１３５，及びリザーバ１３６を形成
し、これの開放側にノズル開口１３７が穿設されたノズ
ルプレート１３８を固定するようにしたものに適用して
も同様の作用を奏することは明らかである。すなわち、
ノズル開口側の薄肉部１３２のノズル開口１３７側への
長さを、他方の薄肉部１３３よりも大きくしたり、また
厚みを薄くして、ノズル開口側の薄肉部１３２のコンプ
ライアンスを大きくするようにエッチングする。

【００３９】また、上述の実施例においては、圧力発生
室とリザーバを同一平面上に形成するようにしたものに
例を採って説明したが、図２０（ｂ）に示したように圧
力発生室１４０とリザーバ１４１とを一部が相互にオー
バラップするように上下関係に仕切り板１４４を挟んで
配置し、これらをインク供給口を兼ねる通孔１４５によ
り接続するとともに、ノズル開口１４６と圧力発生室１
４０とを流路１４７により接続するようにしたものに適
用しても同様の作用を奏することは明らかである。

【００４０】さらに、上述の実施例においては圧電振動
子により圧力発生室内にインク滴生成用の圧力を圧電振
動子により発生させるようにしているが、図２０（ｃ）
に示したような圧力発生室１５０内に抵抗線１５１を配
設し、抵抗線１５１に駆動信号を供給してジュール熱に
よりバブルを発生させ、このバブルの圧力を利用してノ
ズル開口１５２からインク滴を噴射させるいわゆる、バ
ブル式インクジェットヘッドに適用することもできる。
すなわち、発熱領域とノズル開口との間に薄肉部１５３
を形成することにより、バブル発生時に生じる極めて高
く、しかも極めて短時間しか継続しない瞬間的な圧力を
薄肉部１５３により吸収することにより、インク滴の飛
翔速度を下げて記録用紙上での滲みを防止するととも
に、圧力の作用時間を延長してインク滴の飛翔に有効利
用し、さらには圧力降下を利用してインク温度の無用な
上昇を抑えてインクの劣化を防止することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
圧力発生室と、圧力発生室に連通するノズル開口及びイ
ンク供給路と、圧力発生室に圧力を印加する圧力発生手
段を有するインクジェット式記録ヘッドにおいて、少な
くとも圧力発生室のノズル開口近傍にインク滴生成時の
インク圧力により変形可能な薄肉部を備えたので、ノズ
ル開口側に比較してより大きな圧力が掛かる振動子のイ
ンク供給口側の領域に、ノズル開口側よりも高い剛性を
持たせても、インク滴生成時に発生する瞬間的な高い圧
力をノズル開口側の薄肉部で吸収できて、不要なインク
滴の飛び出しを防止でき、同時に吸収した圧力をインク
の押圧時間の延長に利用して、特に高密度化に伴う圧電
振動子の微小化にともなうインク滴発生のためのエネル
ギ低下をすることができる。またインク供給口側の振動
板の強度を高めて疲労破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置の断面図である。

【図２】本発明のインクジェット式記録ヘッドの概要を
示す組み立て斜視図である。

【図３】同上装置に使用する圧電振動子ユニットの一実
施例を示す斜視図である。

【図４】振動板と圧電振動子との配置関係を示す斜視図
である。

【図５】アイランド部と薄肉部の関係を示す説明図であ
る。

【図６】流路形成部材と圧電振動子との関係を示す斜視
図である。

【図７】図（Ｉ）（ＩＩ）（ＩＩＩ）は、それぞれ印刷
時における振動板の変形形態を示す説明図である。

【図８】インク滴吐出時におけるノズル開口側とインク
供給口側の圧力変化を示す線図である。

【図９】薄肉部に発生する亀裂の一例を示す説明図であ
る。

【図１０】薄肉部の長さとアイランド部との境界に作用
する応力と、アイランド部の長さとの関係を示す線図で
ある。

【図１１】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第２
実施例を振動板に形成されているアイランド部を拡大し
て示す図である。

【図１２】本発明の第３実施例を示す断面図である。

【図１３】本発明の第４実施例を示す断面図である。

【図１４】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第５
実施例をアイランド部を拡大して示す図である。

【図１５】本発明の第６実施例を示す断面図である。

【図１６】本発明の第７実施例を示す断面斜視図であ
る。

【図１７】本発明の第８実施例を示す一部断面斜視図図
である。

【図１８】本発明の第９実施例を示す一部断面斜視図で
ある。

【図１９】本発明の第１０実施例を、振動板の構造で示
す上面図である。

【図２０】図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ本発明が
適用可能な他の記録ヘッドの一例を示す断面図である。

【図２１】本発明の第１１実施例を、振動板の構造で示
す上面図である。

【符号の説明】

１ 振動子ユニット ２ 圧電振動子 ２０ 振動板 ２１ 凹部 ２２ アイランド部 ２３ 薄肉部 ２４ 厚肉部 ２４ａ ブリッジ部 ３０ スペーサ ３１ 圧力発生室 ３２ インク供給口 ３３ リザーバ ４０ ノズルプレート ４１ ノズル開口 ５０ 基台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平5−60122 (32)優先日 平５(1993)３月19日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 米窪 周二 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 蜜澤 豊彦 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力発生室と、該圧力発生室に連通するノ
   ズル開口及びインク供給路と、前記圧力発生室に圧力を
   印加する圧力発生手段を有するインクジェット式記録ヘ
   ッドにおいて、 前記圧力発生室の前記ノズル開口側に形成したコンプラ
   イアンスがインク供給路側に形成したコンプライアンス
   よりも大きく設定されていることを特徴とするインクジ
   ェット式記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記ノズル開口側のコンプライアンスが
   前記インク供給路側のコンプライアンスの１．２倍以上
   であることを特徴とする請求項１のインクジェット式記
   録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記コンプライアンスは、前記圧力発生
   室の壁面に形成された薄肉部によって付与されることを
   特徴とする請求項２のインクジェット式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記コンプライアンスは、前記薄肉部の
   面積によって調整されていることを特徴とする請求項３
   のインクジェット式記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記コンプライアンスは、前記薄肉部の
   厚さによって調整されていることを特徴とする請求項３
   のインクジェット式記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記薄肉部が前記ノズル開口と対向して
   配置されていることを特徴とする請求項３のインクジェ
   ット式記録ヘッド。
7. 【請求項７】 圧力発生室と、該圧力発生室に連通する
   ノズル開口及びインク供給路と、前記圧力発生室の一壁
   面を構成する振動板と、該振動板と接続され前記圧力発
   生室を加圧する縦振動モードを備えた圧電振動子とを有
   するインクジェット式記録ヘッドにおいて、 少なくとも前記振動板は薄肉部を有し、該薄肉部により
   ノズル開口のコンプライアンスがインク供給路側のコン
   プライアンスよりも大きく設定されていることを特徴と
   するインクジェット式記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記ノズル開口側のコンプライアンスが
   前記インク供給路側のコンプライアンスの１．２倍以上
   であることを特徴とする請求項７のインクジェット式記
   録ヘッド。
9. 【請求項９】 前記コンプライアンスは、前記薄肉部の
   面積によって調整されていることを特徴とする請求項７
   のインクジェット式記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記コンプライアンスは、前記薄肉部
    の厚さによって調整されていることを特徴とする請求項
    ７のインクジェット式記録ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記薄肉部は前記ノズル開口に対向し
    ていることを特徴とする請求項７のインクジェット式記
    録ヘッド。
12. 【請求項１２】 前記振動板には周囲が薄肉部のアイラ
    ンド部を有し、該アイランドブと前記圧電振動子が接続
    していることを特徴とする請求項７のインクジェット式
    記録ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記コンプライアンスは、前記アイラ
    ンド部の端部と前記インク供給路、及びノズル開口まで
    の薄肉部の長さによって調整されていることを特徴とす
    る請求項１２のインクジェット式記録ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記コンプライアンスは、前記アイラ
    ンド部の厚さによって調整されていることを特徴とする
    請求項１２、または請求項１３のインクジェット式記録
    ヘッド。
15. 【請求項１５】 前記アイランド部は、前記インク供給
    路と前記ノズル開口とを結ぶ方向に複数に分割されてい
    ることを特徴とする請求項１２のインクジェット式記録
    ヘッド。
16. 【請求項１６】 前記圧電振動子とアイランド部は、前
    記インク供給路とノズル開口とを結ぶ方向の寸法に関し
    て、前記圧電振動子よりも大きく、且つアイランド部よ
    りも小さな接続部材を介して接続されていることを特徴
    とする請求項１２のインクジェット式記録ヘッド。
17. 【請求項１７】 前記圧力発生室とノズル開口及びイン
    ク供給路を有する流路形成部材と、前記圧力発生室を封
    止する振動板と、該振動板と接続されて前記圧力発生室
    を押圧する縦振動モードを有する圧電振動子と、前記振
    動板と圧電振動子を固定する基台を有し、前記振動板に
    形成された薄肉部を区画する厚肉部は、流路形成部材と
    前記基台とに挟持されて固定されているインクジェット
    式記録ヘッド。
18. 【請求項１８】 前記厚肉部は前記薄肉部を各圧力発生
    室に対応して個々に区画していることを特徴とする請求
    項１７のインクジェット式記録ヘッド。
19. 【請求項１９】 圧力発生室と、該圧力発生室に連通す
    るノズル開口、及びインク供給路と、前記圧力発生室に
    圧力を印加する圧力発生手段を有するインクジェット式
    記録ヘッドにおいて、 前記圧力発生室の前記ノズル開口近傍にインク滴生成時
    のインク圧力により変形可能な薄肉部を有することを特
    徴とするインクジェット式記録ヘッド。
20. 【請求項２０】 圧力発生室と、該圧力発生室に連通す
    るノズル開口及びインク供給路と、前記圧力発生室の一
    壁面を構成する振動板と、該振動板と接続され前記圧力
    発生室を加圧する圧電振動子を有するインクジェット式
    記録ヘッドにおいて、 前記振動板上には周囲が薄肉部であり、且つ前記インク
    供給路と前記ノズル開口とを結ぶ方向に複数に分割して
    形成されたアイランド部を有し、前記圧電振動子は少な
    くとも複数のアイランド部に当接して配置されているこ
    とを特徴とするインックジェット式記録ヘッド。
21. 【請求項２１】 前記複数のアイランド部は、ノズル開
    口側及びインク供給路側で幅が広く、中央部で狭くなる
    ように形状が選択されていることを特徴とする請求項２
    ０のインクジェット式記録ヘッド。
22. 【請求項２２】 前記ノズル開口に対向して前記アイラ
    ンド部とアイランド部との間に薄肉部が形成されている
    ことを特徴とする請求項２０のインクジェット式記録ヘ
    ッド。