JP2000141640A - ヘッドチップ及びこれを用いたヘッドユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡による吐出不良の発生を抑えたヘッドチ
ップ及びこれを用いたヘッドユニットを提供する。 【解決手段】 一方面及び鉛直下方に向かう一端面に開
口する複数の溝１２を形成した圧電セラミックプレート
１１と、この圧電セラミックプレート１１の前記一方面
に接合されて前記溝１２の開口を封止すると共に前記溝
１２に連通するインク室２１が画成されたインク室プレ
ート１７と、前記圧電セラミックプレート１１の前記一
端面を封止すると共に前記溝のそれぞれに対応してノズ
ル開口２７を有するノズルプレート２５とを具備し、前
記溝１２内の側壁に設けられた電極１５に駆動電圧を印
加することにより当該溝１２内の容積を変化させてその
内部に充填されたインクを前記ノズル開口２７から鉛直
下方に吐出するヘッドチップにおいて、前記溝１２及び
前記共通インク室２１を、両者の上端の位置が略同一と
なるように設け、溝１２内の気泡の残留を抑える。

Description

【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、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録
装置に搭載されるヘッドチップ及びこれを用いたヘッド
ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複数のノズルからインクを吐
出する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式記録装置が知られている。かか
るインクジェット式記録装置では、被記録媒体に対向す
る記録ヘッドはヘッドホルダに設けられ、ヘッドホルダ
はキャリッジに搭載される。そして、キャリッジを被記
録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査すると共に、
通常、インクを水平方向に吐出して印刷を実行する。

【０００３】このような記録ヘッドの一例の分解概略を
図７に、また、要部断面を図８に示す。図７及び図８に
示すように、圧電セラミックプレート１０１には、複数
の溝１０２が並設され、各溝１０２は、側壁１０３で分
離されている。各溝１０２の長手方向一端部は圧電セラ
ミックプレート１０１の一端面まで延設されており、他
端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅く
なっている。また、各溝１０２内の両側壁１０３の開口
側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極
１０５が形成されている。

【０００４】圧電セラミックプレート１０１の溝１０２
の開口側には、カバープレート１０７が接着剤１０９を
介して接合されている。カバープレート１０７には、各
溝１０２の浅くなった他端部と連通する凹部となるイン
ク室１１１と、このインク室１１１の底部から溝１０２
とは反対方向に貫通するインク供給口１１２とを有す
る。

【０００５】また、圧電セラミックプレート１０１とカ
バープレート１０７との接合体の溝１０２が開口してい
る端面には、ノズルプレート１１５が接合されており、
ノズルプレート１１５の各溝１０２に対向する位置には
ノズル開口１１７が形成されている。このように構成さ
れる記録ヘッドでは、インク供給口１１２から各溝１０
２内にインクを充填し、所定の溝１０２の両側の側壁１
０３に電極１０５を介して所定の駆動電界を作用させる
と、側壁１０３が変形して所定の溝１０２内の容積が変
化し、これにより、溝１０２内のインクがノズル開口１
１７から吐出する。

【０００６】例えば、図９に示すように、溝１０２ａに
対応するノズル開口１１７からインクを吐出する場合に
は、その溝１０２ａ内の電極１０５ａ，１０５ｂに正の
駆動電圧を印加すると共にそれぞれに対向する電極１０
５ｃ，１０５ｄを接地するようにする。これにより、側
壁１０３ａ，１０３ｂには溝１０２ａ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プレート１０１
の分極方向と直交すれば、圧電厚みすべり効果により側
壁１０３ａ，１０３ｂが溝１０２ａ方向に変形し、溝１
０２ａ内の容積が減少して圧力が増加し、ノズル開口１
１７からインクが吐出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した構造では、イ
ンク室１１１は、そのノズル開口１１７とは反対側の端
部が、溝１０２の浅くなった端部よりも所定の長さＬだ
けノズル開口１１７側に、例えば、溝１０２の端部より
もＬが約１ｍｍ程度の位置となるように形成されてい
る。そのため、ノズル開口を鉛直下方に向けてインクを
吐出しようとすると、インク室１１１よりも上方に空間
が画成されることになる。そのため、インク供給口１１
２及びインク室１１１を介して溝１０２に供給されるイ
ンク１２０に気泡が混在している場合には、インク室１
１１上方の溝１０２の浅くなった端部にその気泡が集中
して残留気泡Ａとして溝１０２内に残留し、吐出不良を
起こすという問題がある。

【０００８】このような問題を解決するために、インク
流路内にエアトラップを設けたり、あるいは、エア抜き
が行われたりするが、何れにしても完全に解消すること
ができていない。本発明は、このような事情に鑑み、気
泡による吐出不良の発生を抑えたヘッドチップ及びこれ
を用いたヘッドユニットを提供することを課題とする。

【０００９】

【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、一方面及び鉛直下方に向かう一端面
に開口する複数の溝を形成した圧電セラミックプレート
と、この圧電セラミックプレートの前記一方面に接合さ
れて前記溝の開口を封止すると共に前記溝に連通するイ
ンク室が画成されたインク室プレートと、前記圧電セラ
ミックプレートの前記一端面を封止すると共に前記溝の
それぞれに対応してノズル開口を有するノズルプレート
とを具備し、前記溝内の側壁に設けられた電極に駆動電
圧を印加することにより当該溝内の容積を変化させてそ
の内部に充填されたインクを前記ノズル開口から鉛直下
方に吐出するヘッドチップにおいて、前記溝及び前記共
通インク室は、両者の上端位置が略同一となるように設
けられていることを特徴とするヘッドチップにある。

【００１０】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記溝及び前記インク室の前記ノズル開口の上端の
位置のずれが、±２００μｍ以内であることを特徴とす
るヘッドチップにある。本発明の第３の態様は、一方面
及び鉛直下方に向かう一端面に開口する複数の溝を形成
した圧電セラミックプレートと、この圧電セラミックプ
レートの前記一方面に接合されて前記溝の開口を封止す
ると共に前記溝に連通するインク室が画成されたインク
室プレートと、前記圧電セラミックプレートの前記一端
面を封止すると共に前記溝のそれぞれに対応してノズル
開口を有するノズルプレートとを具備し、前記溝内の側
壁に設けられた電極に駆動電圧を印加することにより当
該溝内の容積を変化させてその内部に充填されたインク
を前記ノズル開口から鉛直下方に吐出するヘッドチップ
において、前記溝の上端の位置が、前記インク室の上端
の位置よりも下方にあることを特徴とするヘッドチップ
にある。

【００１１】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記インク室プレートは、前記共通イ
ンク室の底面側に連通されて当該共通インク室にインク
を供給するインク供給口を具備し、前記インク供給口は
前記インク室の上端に連通していることを特徴とするヘ
ッドチップにある。本発明の第５の態様は、第１〜４の
何れかの態様のヘッドチップと、このヘッドチップを搭
載すると共に前記ヘッドチップの駆動回路を搭載したヘ
ッドホルダとを具備することを特徴とするヘッドユニッ
トにある。

【００１２】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記ヘッドホルダには、インクを収容したインクカ
ートリッジが着脱自在に保持できることを特徴とするヘ
ッドユニットにある。かかる本発明では、インク室及び
溝内の気泡の残留が低減され、インク吐出不良の発生を
抑えることができる。

【００１３】

【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。図１は、一実施形態に係
るヘッドチップの分解斜視図であり、図２は、その断面
図である。図示するように、圧電セラミックプレート１
１には、複数の溝１２が並設され、各溝１２は、側壁１
３で分離されている。各溝１２の長手方向一端部は圧電
セラミックプレート１１の一端面まで延設されており、
他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅
くなっている。また、各溝１２内の両側壁１３の開口側
表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１
５が形成されている。

【００１４】ここで、圧電セラミックプレート１１に形
成される各溝１２は、例えば、円盤状のダイスカッター
により形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイ
スカッターの形状を利用して形成される。また、各溝１
２内に形成される電極１５は、例えば、公知の斜め方向
からの蒸着により形成される。圧電セラミックプレート
１１の溝１２の開口側には、インク室プレート１７が接
合されている。インク室プレート１７は、各溝１２の浅
くなった他端部と連通する凹部となるインク室２１と、
このインク室２１の底部から溝１２とは反対方向に貫通
するインク供給口２２とを有する。

【００１５】このインク供給口２２の形成位置は、特に
限定されないが、本実施形態では、インク室２１のノズ
ル開口２７とは反対側の端面２１ａ近傍、すなわち、上
端近傍に連通するようにした。したがって、インク室２
１にはインク供給口２２よりも上方に空間が存在しな
い。これにより、インク供給口２２から供給されたイン
ク内に気泡が混在している場合に、インク室２１内での
気泡の残留が抑えられる。

【００１６】ここで、本実施形態では、各溝１２は、黒
色（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン
（Ｃ）の各色のインクに対応したグループに分かれてお
り、インク室２１及びインク供給口２２は、それぞれ４
つずつ設けられている。なお、インク室プレート１７
は、セラミックプレート、金属プレートなどで形成する
ことができるが、圧電セラミックプレート１１との接合
後の変形等を考えると、熱膨張率の近似したセラミック
プレートを用いるのが好ましい。

【００１７】本実施形態では、このようなインク室プレ
ート１７のインク室２１と圧電セラミックプレート１１
の溝１２とは、それぞれ、溝１２の浅くなった端部１２
ａ及びインク室２１の端面２１ａの位置が、略同一とな
る位置に設けられている。すなわち、インク室プレート
１７と圧電セラミックプレート１１とを接合しても、イ
ンク室２１の上方にインク流路の一部となる空間が全く
画成されていないことが好ましい。

【００１８】したがって、このインク室２１の端面２１
ａと溝１２の端部１２ａとの位置は、できるだけずれが
少ない方が好ましいが、±２００μｍ以内であればよ
く、より好ましくは±１００μｍ以内である。この程度
のずれは、インク室プレート１７と圧電セラミックプレ
ート１１とを接着剤によって接着する際、その接着剤が
流れ込むことによって無視できる程度となる。

【００１９】また、インク室２１の端面２１ａと溝１２
の端部１２ａとの位置がずれてしまう場合でも、溝１２
の端部１２ａがインク室２１の端面２１ａの位置よりも
ノズル開口２７側、すなわち、下側に位置していること
が好ましい。なお、このようなインク室プレート１７と
圧電セラミックプレート１１との接合体の溝１２が開口
している端面には、ノズルプレート２５が接合されてい
る。ノズルプレート２５の各溝１２に対向する位置には
ノズル開口２７が形成されている。

【００２０】また、本実施形態では、ノズルプレート２
５は、圧電セラミックプレート１１とインク室プレート
１７との接合体の溝１２が開口している端面の大きさよ
り大きくなっている。また、ノズルプレート２５は、ポ
リイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置
を用いてノズル開口２７を形成したものである。さら
に、本実施形態では、圧電セラミックプレート１１とイ
ンク室プレート１７との接合体の溝１２が開口している
端部の周囲には、ノズル支持プレート２８が配置されて
いる。このノズル支持プレート２８は、ノズルプレート
の接合体端面の外側と接合されて、ノズルプレート２８
を安定して保持するためのものである。勿論、このノズ
ル支持プレート２８は設けなくてもよい。

【００２１】このようなヘッドチップでは、溝１２のイ
ンク室２１よりも上方には、空間が存在しないため、イ
ンクに気泡が混入していた場合でも、溝１２内に気泡が
残留することがない。また、その気泡はインク室２１内
に残留することになるが、インク室２１の容積は溝１２
の容積よりもはるかに大きいため、インク吐出への影響
は極めて少ない。また、上述のように、インク供給口２
２がインク室２１の上端近傍に連通されているため、イ
ンク室２１内にも気泡が残留しにくくなっている。した
がって、インク流路内の気泡によるインク吐出不良の発
生が著しく低下し、常に良好なインク吐出を行うことが
できる。

【００２２】なお、上述の実施形態では、溝１２及びイ
ンク室２１の上端を略同一の位置となるようにしたが、
これに限定されず、例えば、意図的に溝１２の上端をイ
ンク室２１の上端よりも下方に位置するようにしてもよ
い。これにより、インク室２１に気泡ができた場合で
も、その気泡はインク室２１の溝１２の上端よりも上方
に残留しやすい。したがって、その気泡が溝１２に流れ
込みにくく、インク吐出への影響が少なくなる。

【００２３】このようなヘッドチップの駆動原理等は従
来技術で述べたとおりであるので、ここでの説明は省略
する。さらに、このようなヘッドチップ３０を駆動する
ための配線等の設け方も特に限定されないが、以下に、
その一例を示す。図３及び図４には、上述したヘッドチ
ップ３０をヘッドチップユニット４０とする製造工程の
一例を示す。

【００２４】図３に示すように、圧電セラミックプレー
ト１１のノズル開口２７側とは反対側の端部には電極１
５に接続される図示しない配線パターンが形成されてお
り、この配線パターンには異方性導電膜３１を介してフ
レキシブルケーブル３２が接合される。また、圧電セラ
ミックプレート１１とインク室プレート１７との接合体
のノズル支持プレート２８の後端側には、圧電セラミッ
クプレート１１側のアルミニウム製のベースプレート３
３と、インク室プレート１７側のヘッドカバー３４とが
組み付けられる。ベースプレート３３とヘッドカバー３
４とは、ベースプレート３３の係止孔３３ａにヘッドカ
バー３４の係止シャフト３４ａを係合することにより固
定され、両者で圧電セラミックプレート１１とインク室
プレート１７との接合体を挟持する。ヘッドカバー３４
には、インク室プレート１７のインク供給口２２のそれ
ぞれに連通するインク導入路３５が設けられている。

【００２５】次に、図４（ａ）に示すように、圧電セラ
ミックプレート１１の後端側に突出したベースプレート
３３上には配線基板３６が固着される。ここで、配線基
板３６上にはヘッドチップを駆動するための集積回路な
どの駆動回路３７が搭載され、駆動回路３７とフレキシ
ブルケーブル３２とが異方性導電膜３８を介して接続さ
れる。これにより、図４（ｂ）のヘッドチップユニット
４０が完成する。

【００２６】さらに、このようなヘッドチップユニット
４０は、例えば、インクカートリッジを着脱自在に保持
するタンクホルダに組み付けて用いられる。このような
タンクホルダの一例を図５に示す。図５に示すタンクホ
ルダ４１は、一方面が開口した略箱形形状をなし、図示
しないインクカートリッジが着脱自在に保持可能なもの
である。また、底壁上面には、インクカートリッジの底
部に形成された開口部であるインク供給口と連結する連
結部４２が設けられている。連結部４２は、例えば、黒
色（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン
（Ｃ）の各色のインク毎に設けられている。連通部４２
内には図示しないインク流路が形成され、その開口とな
る連結部４２の先端には、フィルタ４３が設けられてい
る。また、連結部４２内に形成されたインク流路は底壁
の裏面側まで連通して形成され、各インク流路は、タン
クホルダ４１の裏面側に設けられた流路基板４５内の図
示しないインク流路を介して流路基板４５の側壁に開口
するヘッド連結口４６に連通する。このヘッド連結口４
６はタンクホルダ４１の側面側に開口し、当該側壁の底
部には、上述したヘッドチップユニット４０を保持する
ヘッドチップユニット保持部４７が設けられている。ヘ
ッドチップユニット保持部４７は、配線基板３６上に設
けられた駆動回路３７を包囲する略コ字状に立設された
包囲壁４８と、包囲壁４８内にあってヘッドチップユニ
ット４０のベースプレート３３及び配線基板３６に設け
られた係止孔４０ａと係合する係合シャフト４９が立設
されている。

【００２７】従って、このヘッドチップユニット保持部
４７にヘッドチップ４０を搭載してヘッドユニット５０
が完成する。このとき、ヘッドカバー３４に形成された
インク導入路３５が流路基板４５のヘッド連結口４６に
連結される。これにより、タンクホルダ４１の連結部４
２を介してインクカートリッジから導入されたインク
は、流路基板４５内のインク流路を通ってヘッドチップ
ユニット４０のインク導入路３５に導入され、インク室
２２及び溝１２内に充填される。

【００２８】ここで、このような本実施形態のヘッドユ
ニットと従来のヘッドユニットとを用いて、それぞれの
インク吐出不良の発生率を測定したところ、以下のよう
な結果が得られた。なお、測定方法としては、各ノズル
開口２７からインク滴を１億ドット連続して吐出し、そ
のときのドット抜けを計測した。従来のヘッドチップユ
ニットでは、インク吐出不良の発生率が、１０％程度で
あったのに対して、本実施形態のヘッドチップユニット
では、２〜３％程度であり、インク吐出不良の発生率が
著しく低下しているのが分かる。

【００２９】なお、このようなヘッドユニット５０は、
例えば、インクジェット式記録装置のキャリッジに搭載
されて使用される。この使用態様の一例の概略を図６に
示す。図６に示すように、キャリッジ６１は、一対のガ
イドレール６２ａ及び６２ｂ上に軸方向に移動自在に搭
載されており、カイドレール６２の一端側に設けられて
キャリッジ駆動モータ６３に連結されたプーリ６４ａ
と、他端側に設けられたプーリ６４ｂとに掛け渡された
タイミングベルト６５を介して搬送される。キャリッジ
６１の搬送方向と直交する方向の両側には、ガイドレー
ル６２ａ及び６２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ
６６及び６７が設けられている。これらの搬送ローラ６
６及び６７は、キャリッジ６１の下方に当該キャリッジ
６１の搬送方向とは直交する方向に被記録媒体Ｓを搬送
するものである。

【００３０】キャリッジ６１上には、上述したヘッドユ
ニット５０が搭載され、このヘッドユニット５０には上
述したインクカートリッジを着脱自在に取付可能であ
る。このようなインクジェット式記録装置によると、被
記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ６１をその送り方向と
は直交方向に走査することにより、ヘッドチップによっ
て被記録媒体Ｓ上に文字及び画像を記録することができ
る。

【００３１】以上、一実施形態について説明したが、本
発明はこのような構成に限定されるものではない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、溝及び
インク室の上端の位置が略同一、又は溝の上端がインク
室の上端よりも下方となるようにした。これにより、イ
ンク内に混在する気泡が、溝内に残留することがなく、
この気泡による吐出不良の発生を抑えることができる。
また、インク供給口をインク室の上端近傍に設けること
により、インク室内に気泡が残留するのも抑えられ、さ
らに吐出不良の発生を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの分解
斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの断面
図である。

【図３】本発明の一実施形態に係るヘッドチップを用い
たユニットの組立を示す斜視図である。

【図４】本発明の一実施形態に係るヘッドチップを用い
たユニットの組立を示す斜視図である。

【図５】本発明の一実施形態に係るヘッドチップを用い
たユニットの組立を示す斜視図である。

【図６】本発明の一実施形態に係るヘッドチップを用い
たユニットの使用態様を示す斜視図である。

【図７】従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す分解斜
視図である。

【図８】従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す断面図
である。

【図９】従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す断面図
である。

【符号の説明】

１１ 圧電セラミックプレート １２ 溝 １３ 側壁 １５ 電極 １７ インク室プレート ２１ インク室 ２２ インク供給口 ２５ ノズルプレート ２７ ノズル開口 ２８ ノズル支持プレート ３０ ヘッドチップユニット ３３ ベースプレート ３４ ヘッドカバー ３５ インク導入路 ３６ 配線基板 ４１ タンクホルダ ４２ 連結部 ４５ 流路基板 ５０ ヘッドユニット

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方面及び鉛直下方に向かう一端面に開
   口する複数の溝を形成した圧電セラミックプレートと、
   この圧電セラミックプレートの前記一方面に接合されて
   前記溝の開口を封止すると共に前記溝に連通するインク
   室が画成されたインク室プレートと、前記圧電セラミッ
   クプレートの前記一端面を封止すると共に前記溝のそれ
   ぞれに対応してノズル開口を有するノズルプレートとを
   具備し、前記溝内の側壁に設けられた電極に駆動電圧を
   印加することにより当該溝内の容積を変化させてその内
   部に充填されたインクを前記ノズル開口から鉛直下方に
   吐出するヘッドチップにおいて、 前記溝及び前記共通インク室は、両者の上端位置が略同
   一となるように設けられていることを特徴とするヘッド
   チップ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記溝及び前記イン
   ク室の前記ノズル開口の上端の位置のずれが、±２００
   μｍ以内であることを特徴とするヘッドチップ。
3. 【請求項３】 一方面及び鉛直下方に向かう一端面に開
   口する複数の溝を形成した圧電セラミックプレートと、
   この圧電セラミックプレートの前記一方面に接合されて
   前記溝の開口を封止すると共に前記溝に連通するインク
   室が画成されたインク室プレートと、前記圧電セラミッ
   クプレートの前記一端面を封止すると共に前記溝のそれ
   ぞれに対応してノズル開口を有するノズルプレートとを
   具備し、前記溝内の側壁に設けられた電極に駆動電圧を
   印加することにより当該溝内の容積を変化させてその内
   部に充填されたインクを前記ノズル開口から鉛直下方に
   吐出するヘッドチップにおいて、 前記溝の上端の位置が、前記インク室の上端の位置より
   も下方にあることを特徴とするヘッドチップ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかにおいて、前記イ
   ンク室プレートは、前記共通インク室の底面側に連通さ
   れて当該共通インク室にインクを供給するインク供給口
   を具備し、前記インク供給口は前記インク室の上端に連
   通していることを特徴とするヘッドチップ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れかのヘッドチップ
   と、このヘッドチップを搭載すると共に前記ヘッドチッ
   プの駆動回路を搭載したヘッドホルダとを具備すること
   を特徴とするヘッドユニット。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記ヘッドホルダに
   は、インクを収容したインクカートリッジが着脱自在に
   保持できることを特徴とするヘッドユニット。