JP2004106395A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットプリンタヘッドにおけるキャビティユニット１の複数枚のプレートの積層の手間を少なくし、凹部や孔の位置合わせ作業を簡易にする。
【解決手段】圧力室１１を有するキャビティプレート３と、マニホールド室６ａ，６ｂ（７ａ，７ｂ）を有するマニホールドプレート６、７と、キャビティプレート３とマニホールドプレート６との間に介在させたベースプレート４と、マニホールドプレート６とベースプレート４との間に介在させた介挿プレート５とを積層する。介挿プレート５には、マニホールド室６ａ，６ｂ（７ａ，７ｂ）と対応する位置に、そのマニホールド室側にその板厚さの一部を残してダンパー壁５ａを有するダンパー室１５を形成すると共に、前記マニホールド室からベースプレート４の貫通孔１３を介して圧力室１１に連通する絞り流路１４と、インク供給源からマニホールド室へ供給するインクを濾過するフィルタ部１７とを形成する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電式等のインクジェットプリンタヘッドの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術のオンディマンド型の積層型の圧電式インクジェット記録ヘッドにおいては、表面に圧電振動板を有して振動部材を形成するセラミックからなる第１の蓋部材と、前記第１の蓋部材により一方の面が封止されて圧力発生室を形成するセラミックからなるスペーサとを焼成により一体に接合してなるアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットが固定され、前記圧力発生室の両端部において連通する連通孔とインク供給口とを備えた金属からなるインク供給口形成基板と、前記インク供給口を介して前記圧力発生室に連通する共通のインク室（マニホールド室）、及び前記圧力発生室に連通する連通孔とを備えた共通のインク室形成基板（マニホールドプレート）と、前記共通のインク室形成基板の他面を封止すると共に前記各連通孔を介して前記圧力発生室に接続するノズル開口を備えたノズルプレートとを接合してなる流路ユニットとを接着すると共に、前記インク供給口形成基板の前記共通のインク室（マニホールド室）に対向する領域に、前記アクチュエータユニットに対向する凹部を形成し、前記インク供給口形成基板と前記アクチュエータユニットとの間に熱溶着フィルムを介在させて接着させたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この従来の技術の構成により、前記凹部と熱溶着フィルムとで形成される空気層は、アクチュエータユニットから伝播されてきた振動に対しても十分に振動遮蔽材として機能し、クロスストークの問題を解決できるというものであった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３１４８３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような積層型のインクジェット記録ヘッドでは、積層する板部材の枚数が多い程、位置合わせしながらの積層・接着の手間が掛かるという問題がある。
【０００６】
また、この種のアクチュエータユニットにおける外部のインク供給源からのインク中のゴミを除去するため、通常は、アクチュエータユニットにおける最上層のスペーサプレート上面等に板状のフィルタを貼り付けているから、そのための作業も必要となり、部品点数も多くなり、且つ積層・接着の手間が掛かるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解消したインクジェットプリンタヘッドを提供することを技術的課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを噴射させるアクチェータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットを、少なくとも前記各圧力室が形成されたキャビティプレートと、インク供給源からのインクを前記各圧力室に補充するマニホールド室が設けられたマニホールドプレートと、前記マニホールド室と圧力室とを連通するインク流路を有し、前記キャビティプレートとマニホールドプレートとの間に介在させたベースプレートと、前記マニホールド室と対応する位置にダンバー壁を有して前記マニホールドプレートとベースプレートとの間に介在させた介挿プレートとを積層して構成し、前記介挿プレートには、前記マニホールド室とは反対側から凹部を形成して前記マニホールド室側にその板厚さの一部を残して前記ダンパー壁を形成すると共に、前記マニホールド室からベースプレートにおけるインク流路の間に位置させる絞り流路と、前記インク供給源からマニホールド室へ供給するインクを濾過するフィルタ部とを形成したものである。
【０００９】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記フィルタ部は、前記介挿プレートに形成された薄肉部内に形成されているものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記フィルタ部は前記薄肉部内にて介挿プレートの板厚方向に穿設された多数の微小孔により構成されているものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記マニホールドプレートにおけるマニホールド室の深さを当該マニホールドプレートの板厚さに等しく形成する一方、
前記マニホールドプレートにおける前記介挿プレートと反対側面には、前記マニホールド室の一側面を覆うカバプレートを積層したものである。
【００１２】
さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記介挿プレートにおける絞り流路及びフィルタ部は、前記凹部の外に配置され、前記絞り流路は前記マニホールド室の長手方向に沿う一側に対応する位置に並んで配置され、前記フィルタ部は、前記マニホールド室の長手方向端部に対応する位置に配置され、前記凹部は前記絞り流路よりも前記マニホールド室の長手方向に沿う他側寄りに配置されているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図１〜図４は、本発明の圧電式インクジェットプリンタヘッドを示す。これらの図において、キャビティユニット１に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ２の上面には、外部機器との接続のために、図示しないフレキシブルフラットケーブルが重ね接合されているものであり、キャビティユニット１の下面側に開口されたノズル１０から下向きにインクが噴射するものとする。
【００１４】
実施の形態によるキャビティユニット７は、図１〜図３に示すように複数枚の構成要素のプレートが積層されたものである。すなわち、上層から、キャビティプレート３、ベースプレート４、介挿プレート５、２枚のマニホールドプレート６，７、カバープレート８、及びノズルプレート９の７枚の薄板を接着にて重ねて接合して積層した構造である。実施形態では、前記介挿プレート５及びノズルプレート９を除く各プレート３、４、６、７、８は４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さである。他方、介挿プレート５及びノズルプレート９はポリイミド樹脂等の合成樹脂材からなるが、金属板製であっても良い。
【００１５】
これら各プレート３〜９には、電解エッチング、エキシマレーザ加工、プラズマエッチング加工等により、以下の各流路または室を構成する開口または凹部が形成されている。
【００１６】
即ち、ノズルプレート９には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のインク噴射用の複数のノズル１０が、当該ノズルプレート９における（長辺方向）に沿って一定間隔で２列の千鳥状に配列して穿設されている。
【００１７】
また、キャビティプレート３には、前記ノズル１０の配列に対応して、複数の圧力室１１が２列の千鳥状に配列して穿設されている。各圧力室１１の長手方向の先端部１１ａは、ベースプレート４、介挿プレート５、２枚のマニホールドプレート６，７、及びカバープレート８にそれぞれ千鳥状配列にて穿設されたインク流路としての貫通孔１２を介して対応するノズル１０に連通している。一方、前記各圧力室１１の他端１１ｂは、前記ベースプレート４における左右両側部位に穿設されたインク流路としての貫通孔１３と、後述する介挿プレート５における絞り流路１４とを介して、前記マニホールドプレート６、７におけるマニホールド室６ａ，７ａに連通している。
【００１８】
そして、２枚のマニホールドプレート６、７には、共通インク室としての一対のマニホールド室６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂが、前記ノズル１０の列の両側に沿って延びるように穿設されている。各マニホールド室は、各マニホールドプレート６、７を板厚方向に貫通した開口６ａと７ａ（６ｂと７ｂ）同士を重ねて１つのマニホールド室として形成され、２列の圧力室１１の各列に対応してそれぞれの列方向に長く形成されている。各マニホールド室の一端６ｃ，７ｃは、圧力室１１の列よりもさらに延長した位置に形成されている（図１参照）。
【００１９】
前記２枚のマニホールドプレート６、７を重ねた状態で、その上側の介挿プレート５の下面と上位置のマニホールドプレート６の上面とを接着し、且つ下位置のマニホールドプレート７の下面と、カバープレート８の上面とをそれぞれ接着することにより、各マニホールド室６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）が密閉される構造になっている（図２参照）。
【００２０】
介挿プレート５には、その下面側に薄い厚さの底板部（ダンパー壁）５ａを残して上側のベースプレート４に向かって開放された凹み状の凹部（ダンパー室）１５が形成されている。この凹部１５は、ダンパー壁５ａが前記マニホールド室６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）の上壁の一部をなすように、そのマニホールド室の長手方向に略沿って、圧力室１１の列に略対応する長さに形成され、幅方向には、貫通孔１２寄りのマニホールド室の側縁に略対応した位置からそのマニホールド室の幅（マニホールドプレート６、７の平面内において長手方向と直交する方向の幅）よりも少し小さい幅に形成されている。凹部１５は、マニホールド室の前記一端６ｃ，７ｃまでは延びておらず、貫通孔１２と反対側のマニホールド室の側縁から間隔をおいて位置する。その間隔をおいた部分において、介挿プレート５には、凹部１５の長手方向に沿って、複数の絞り流路１４が板厚方向に貫通して穿設されている。各絞り流路１４はその下側のマニホールド室６ａ、６ｂの貫通孔１２と反対側の側縁付近に連通している。さらに介挿プレート５には、凹部１５を挟んで絞り流路１４と反対側、すなわち、介挿プレート５の短辺方向の略中央部位には、圧力室１１からのインクをノズル１０に通すためのインク流通路としての貫通孔１２がそれぞれ千鳥状配列にて穿設されている（図２参照）。
【００２１】
さらに、前記介挿プレート５の長手方向の一側端部には、その板厚さの一部を残した薄肉部１６内に、多数個の微小孔１７ａを板厚方向に穿設したフィルタ部１７が形成されている（図１〜図３参照）。前記凹部（ダンパー室）１５及びフィルタ部１７の凹部は、プラズマエッチングにて形成し、絞り流路１４及び微小孔１７ａはエキシマレーザにて穿設することが好ましい。これらの加工法により、１枚の介挿プレート５に、貫通孔１２、ダンパー室１５、絞り流路１４及びフィルタ部１７を一括して設けることができるから、微小孔である絞り流路１４及びフィルタ部１７の微小孔１７ａの孔位置や孔径を精度良く形成することができる。特に、絞り流路１４は、マニホールド室から圧力室１１に十分な量のインクを供給する一方、圧力室１１内で発生した圧力波によりインクがマニホールド室側へ逆流するを制限する上で、精度良く形成する必要がある。
【００２２】
そして、これらの複数枚のプレート３〜９を積層する時に、上下のプレート（ベースプレート４及びマニホールドプレート６）にそれぞれ穿設された貫通孔１２、１３、インクの供給孔１８、マニホールド室６ａ．６ｂの位置と、前記貫通孔１２、ダンパー室１５、絞り流路１４及びフィルタ部１７の各位置とを合わせる手間が少なくて済むという効果も奏する。
【００２３】
フィルタ部１７は、マニホールド室の前記一端６ｃ，７ｃと対応する位置に形成され、その上層に位置するキャビティプレート３及びベースプレート４には、フィルタ部１７と対応する位置にそれぞれ供給孔１８、１９が形成されている。供給孔１８にはその上方からインク供給源（図示せず）インクが供給される。そして、そのインクがフィルタ部１７を通過することにより、そのインク中の塵を除去することができるように構成されている。
【００２４】
これにより、図示しないインク供給源（インクタンク）から前記キャビティプレート３及びベースプレート４の一端部に穿設の供給孔１８、１９を介して前記介挿プレート５のフィルタ部１７を通過させてインク中の塵を除去し、左右両マニホールド室６ａ、６ｂ内に流入したインクは、前記各絞り流路１４及びインク流路としての貫通孔１３を通って前記各圧力室１１内に分配されたのち、この各圧力室１１内から前記貫通孔１２を通って、当該圧力室１１に対応するノズル１０に至るという構成になっている（図２及び図３参照）。
【００２５】
一方、前記圧電アクチュエータ２は、特開２００１−１６２７９６号公報に記載されたものと同様に、１枚の厚さが略３０μｍ程度の多数枚の圧電シート（図示せず）を積層した構造で、前記各圧電シートのうち１層おきの所定枚の圧電シートの上面（広幅面）には、前記キャビティユニット１における各圧力室１１の箇所ごとに細幅の個別電極が印刷形成されている。その圧電シートと交互に積層された圧電シートの上面（広幅面）には、複数個の圧力室１１に対して共通のコモン電極が印刷形成されている。各個別電極及びコモン電極は圧電アクチュエータ２の側面に沿って上下に延びるように形成された側面電極を介して最上層のトップシートの上面に形成された接続端子に電気的に接続されている。
【００２６】
前記のような構成のプレート型の圧電アクチュエータ２は、前記キャビティユニット１に対して当該圧電アクチュエータ２における各個別電極が前記キャビティユニット１における各圧力室１１の各々に対応するように積層固定される。また、この圧電アクチュエータ２における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル（図示せず）が重ね接合されることにより、このフレキシブルフラットケーブルにおける各種の配線パターン（図示せず）が、前記各接続端子に電気的に接合される。
【００２７】
この構成において、前記圧電アクチュエータ２における各個別電極と、コモン電極との間は、電圧を選択的に印加することにより、圧電による積層方向の歪みが発生するという圧電素子の活性部に形成されている。この活性部に選択的に歪みを発生させることにより、所定の圧力室１１の内容積が縮小され、この圧力室１１内のインクがノズル１０から液滴状に噴射されて、所定の印字が実行される。
【００２８】
その場合、前記圧力室１１に作用した圧力波はノズル１０へ向かう前進成分だけでなく、共通インク室であるマニホールド室６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）の方向に向かう後退成分がある。その後退成分は、当該マニホールド室６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）とダンパー室１５、１５との間の薄い厚さのダンパー壁５ａを大きく振動させるから、前記マニホールド室６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）における圧力波の吸収を効果的に行い、いわゆるクロストーク（ｃｒｏｓｓ　ｔａｌｋ）現象が発生するのを効果的に防止することができる。なお、圧力波の吸収は、前記ダンパー壁５ａの弾性振動のみによって行うこともできるが、ダンパー室１５内の空気と併用することもできる。
【００２９】
なお、前記上向き開放状のダンパー室１５を有するダンパープレート１１の上面側には、圧力室１１有するキャビティプレート３との間に、均一な厚さで適当な剛性を有するベースプレート４を介在させるから、ダンパー室１５の容積変化で圧力室１１に不必要な容積収縮を起こさせず、キャビティプレート３に歪みを発生させないようにすることができ、噴射特性が変わる等の印字品質が悪化するという事態を防止できるのである。
【００３０】
そして、絞り流路１４及びフィルタ部１７は、介挿プレート５における長手のダンパー室１５より外側に配置され、絞り流路１４は、前記マニホールド室６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）の長手方向に沿う一側縁に対応する位置（貫通孔１２の列と反対側）に列状に並べて配置されているから、絞り流路１４、フィルタ部１７及びダンパー室１５（ダンパー壁５ａ）が介挿プレート５の小さい範囲で合理的に配置された状態で、且つダンパー室１５（ダンパー壁５ａ）の平面積を十分大きく確保できる結果、ダンパー効果を向上させることができるという効果を奏する。
【００３１】
なお、前記実施形態では、マニホールドプレート６、７のように２枚重ねにして用いたが、板厚さの厚いものを１枚にて適用したり、逆に板厚さの薄いマニホールドプレートを３〜４毎重ねてしようししても良い。また、本発明における前記圧力室を活性化させる活性部の駆動手段（アクチュエータ）は、個別的圧電素子を、前記各圧力室毎に配置しても良いし、他の形式のアクチュエータを使用しても良い。
【００３２】
【発明の作用・効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを噴射させるアクチェータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットを、少なくとも前記各圧力室が形成されたキャビティプレートと、インク供給源からのインクを前記各圧力室に補充するマニホールド室が設けられたマニホールドプレートと、前記マニホールド室と圧力室とを連通するインク流路を有し、前記キャビティプレートとマニホールドプレートとの間に介在させたベースプレートと、前記マニホールド室と対応する位置にダンバー壁を有して前記マニホールドプレートとベースプレートとの間に介在させた介挿プレートとを積層して構成し、前記介挿プレートには、前記マニホールド室とは反対側から凹部を形成して前記マニホールド室側にその板厚さの一部を残して前記ダンパー壁を形成すると共に、前記マニホールド室からベースプレートにおけるインク流路の間に位置させる絞り流路と、前記インク供給源からマニホールド室へ供給するインクを濾過するフィルタ部とを形成したものである。
【００３３】
従って、１枚の介挿プレートに、ダンパー室を形成するための凹部と、絞り流路と、フィルタ部と、インク流路とを一括して形成できるから、それぞれの凹部や孔の位置関係も形状を正確に且つ精度良く形成できる。そして、複数枚のプレートを積層するとき、上下のプレートにおけるマニホールド室やインクの供給孔や圧力室に至るインク流路等との位置合わせの手間が少なくて済み、且つ位置合わせの狂いも少なくできるという顕著な効果を奏する。
【００３４】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記フィルタ部は、前記介挿プレートに形成された薄肉部内に形成されているものであるから、上下のプレートと積層するように接合するに際して、多少の位置ずれが有ってもフィルタ部の面積を確保できると共に、隣接する積層プレートとの間に隙間を発生させないようにすることができる。
【００３５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記フィルタ部は前記薄肉部内にて介挿プレートの板厚方向に穿設された多数の微小孔により構成されているものであるから、板厚の厚い個所で多数の微小孔を穿設するよりも、穿設の作業効率を向上でき、短時間で多数の微小孔を穿設できるという効果を奏する。
【００３６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記マニホールドプレートにおけるマニホールド室の深さを当該マニホールドプレートの板厚さに等しく形成する一方、前記マニホールドプレートにおける前記介挿プレートと反対側面には、前記マニホールド室の一側面を覆うカバプレートを積層したものであり、マニホールド室の深さをマニホールドプレートの全体の板厚と等しくできるから、マニホールド室の厚さを精度良く確保することができる。
【００３７】
さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記介挿プレートにおける絞り流路及びフィルタ部は、前記凹部の外に配置され、前記絞り流路は前記マニホールド室の長手方向に沿う一側に対応する位置に並んで配置され、前記フィルタ部は、前記マニホールド室の長手方向端部に対応する位置に配置され、前記凹部は前記絞り流路よりも前記マニホールド室の長手方向に沿う他側寄りに配置されているものであるから、１枚の介挿プレートに複数の孔や凹部を精度良く一括して形成できインクジェットプリンタヘッドの製作を効率良く行えるという効果を奏する。また、絞り流路、フィルタ部、ダンパー室が１枚の小さな範囲に合理的に配置でき、しかもダンパー壁の面積を十分大きく形成できて、ダンパー効果を大きくできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるキャビティユニットの分解斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視で示す拡大断面図である。
【図３】図１の　ＩＩＩ−ＩＩＩ　線矢視で示す拡大断面図である。
【図４】介挿プレートの一部拡大斜視図である。
【符号の説明】
１　　　　　キャビティユニット
２　　　　　圧電アクチュエータ
３　　　　　キャビティプレート
４　　　　　ベースプレート
５　　　　　介挿プレート
５ａ　　　　ダンパー壁
６、７　　　マニホールドプレート
８　　　　　カバープレート
９　　　　　ノズルプレート
１０　　　　　ノズル
１１　　　　　圧力室
１２、１３　　貫通孔
１４　　　　　絞り流路
１５　　　　　ダンパー室
１６　　　　　薄肉部
１７　　　　　フィルタ部
１８、１９　　ベースプレート

Claims (5)

1. 複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを噴射させるアクチェータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
   前記キャビティユニットを、少なくとも前記各圧力室が形成されたキャビティプレートと、インク供給源からのインクを前記各圧力室に補充するマニホールド室が設けられたマニホールドプレートと、前記マニホールド室と圧力室とを連通するインク流路を有し、前記キャビティプレートとマニホールドプレートとの間に介在させたベースプレートと、前記マニホールド室と対応する位置にダンバー壁を有して前記マニホールドプレートとベースプレートとの間に介在させた介挿プレートとを積層して構成し、
   前記介挿プレートには、前記マニホールド室とは反対側から凹部を形成して前記マニホールド室側にその板厚さの一部を残して前記ダンパー壁を形成すると共に、前記マニホールド室からベースプレートにおけるインク流路の間に位置させる絞り流路と、前記インク供給源からマニホールド室へ供給するインクを濾過するフィルタ部とを形成したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
2. 前記フィルタ部は、前記介挿プレートに形成された薄肉部内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッド。
3. 前記フィルタ部は前記薄肉部内にて介挿プレートの板厚方向に穿設された多数の微小孔により構成されている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プリンタヘッド。
4. 前記マニホールドプレートにおけるマニホールド室の深さを当該マニホールドプレートの板厚さに等しく形成する一方、
   前記マニホールドプレートにおける前記介挿プレートと反対側面には、前記マニホールド室の一側面を覆うカバプレートを積層したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
5. 前記介挿プレートにおける絞り流路及びフィルタ部は、前記凹部の外に配置され、前記絞り流路は前記マニホールド室の長手方向に沿う一側に対応する位置に並んで配置され、
   前記フィルタ部は、前記マニホールド室の長手方向端部に対応する位置に配置され、前記凹部は前記絞り流路よりも前記マニホールド室の長手方向に沿う他側寄りに配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。

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