JP2006123309A - インクジェットヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】 キャビティユニットに供給されたインクを、気泡の発生を抑え且つ気泡に妨げられることなく速やかに共通インク室に供給することのできるインクジェットヘッドの提供を目的とするものである。
【解決手段】 共通インク室7にインク供給源からのインクを供給するインク供給通路52は、キャビティユニット1の背面に入口47を有し、キャビティユニット1を構成する各プレートの積層方向に延びて共通インク室7の長手方向の一端部71に接続し、インク供給通路52が接続された共通インク室7の一端部71における底面72の最上流点Pは、平面視でインク供給通路52の、共通インク室7の他端部側とは反対側(矢印A側)の開口縁部Qよりも、前記他端部側(矢印B側)に位置している。
【選択図】 図5

Description

本発明は、インク滴をノズルから吐出して被記録媒体に記録を行う画像記録装置等に適用可能なインクジェットヘッドの構造に関するものである。
先行技術のインクジェットヘッドとしては、例えば、本出願人が、特許文献1等に開示している圧電式インクジェットヘッドのような、列状に配置された複数個のノズル及び各ノズル毎の圧力室を備えたキャビティユニットと、前記各圧力室毎に形成された活性部を有するプレート型の圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータに電力を供給するフレキシブルフラットケーブルとを備えた構造が知られている。
前記キャビティユニットには、インク供給源から供給されたインクが、ノズルの列方向に沿って長く設けられた共通インク室に一旦溜められて、背面側に設けられた各圧力室に分配され、前面側に設けられたノズルに至る複雑なインク流通路が形成されている。そして、この複雑なインク流通路を、微小部品であるキャビティユニットにおいて実現するために、大小の貫通孔や凹部がそれぞれに設けられた複数枚のプレートを積層することでキャビティユニットが形成されている。
特許文献1のキャビティユニットは、平板状の複数のプレートが、その各平板面が対向するように積層され、その背面の一方の短辺寄りに、インク供給源からのインクをキャビティユニットに供給する入口としてインク供給口が開口している。そして、このインク供給口から積層方向に沿ってインク供給通路が前面側に延び、キャビティユニットの積層方向の中途のプレートに形成された共通インク室の長手方向の一端部に接続されている。インク供給口は、キャビティユニットへのゴミ等の流れ込みを防止するために、濾過部を有するフィルタ体で覆われている。
特許文献1のインク供給通路を、共通インク室の長手方向に直交する方向から見た模式的な側断面図を図7に示す。前述したように、キャビティユニットが複数枚のプレートで構成されているため、積層方向に延びるインク供給通路152は、図7に示すよう、背面側のプレート17に穿設されたインク供給口47と、この背面側のプレート17と共通インク室7が設けられたプレート14a、14bとの間に介挿された2枚のプレート15,16に穿設された接続口50、51とからなっている。そして、同じ開口形状で穿設されたインク供給口47及び接続口50、51が、その開口の輪郭線を積層方向の上下で一致させて重ねられ、積層方向に沿って平行なインク供給通路152が形成されている。このインク供給通路152はその延長線が共通インク室7の底面と直角をなすように、共通インク室7の長手方向の一端部71に接続され、インク供給通路152と共通インク室7とは、共通インク室7の長手方向からの側面視でL字形状を呈している。
特開2004−223880号公報(図2参照)
特許文献1の構成によると、インク供給通路152から共通インク室7へインクが入るとき、その流れは、接続部分のL字形状に沿って直角に向きを変えなければならないので、インクはL字形状における外側よりも内側を通り易くなる。そのため、外周側となる共通インク室7の最上流側の隅部101は、インクの流れが滞る止水域となるので、この隅部101には、インク中に混入した気泡が集まって溜まり易くなる。さらに、ノズル側あるいはインク供給源側から気泡を除去する吸引動作を行っても、隅部101にはインクが流れ難いため、溜まった気泡がインクとともに除去されることも困難であった。
また、隅部101に溜まった気泡がインク供給通路152で大きく成長しても、インク供給口47がフィルタ体20で覆われているため、インク供給口47側から上流側への気泡の移動がフィルタ体20で妨げられている。
その結果、気泡によってインク供給通路152が狭くなるので、フィルタ体20を通過したインクが、共通インク室7に速やかに供給されないインク供給不足を生じていた。
また、隅部101で、ある程度成長した気泡は、インクの流れによって移動して圧力室を閉塞し、ノズルからの不吐出を引き起こすことがある。
本発明は、上記課題を解消するものであり、キャビティユニットに供給されたインクを、気泡の発生を抑え且つ気泡に妨げられることなく速やかに共通インク室に供給することのできるインクジェットヘッドの提供を目的とするものである。
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明におけるインクジェットヘッドは、複数の平板状のプレートを、その各平板面が対向するように積層して構成され、前面に列状に配置された複数のノズルと、前記各ノズル毎に対応して連通する複数の圧力室と、前記各圧力室にインクを分配供給するように前記ノズルの列方向に長く延び平板面に沿って形成された共通インク室と、前記共通インク室にインク供給源からのインクを供給するインク供給通路とを有するキャビティユニットが備えられたインクジェットヘッドにおいて、前記インク供給通路は、前記キャビティユニットの背面に入口を有し、前記各プレートの積層方向に延びて前記共通インク室の長手方向の一端部に接続し、前記インク供給通路が接続された前記共通インク室の前記一端部における底面の最上流点は、平面視で前記インク供給通路の入口の、前記共通インク室の他端部側とは反対側の開口縁部よりも、前記他端部側に位置していることを特徴とするものである。
また、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ヘッドにおいて、前記インク供給通路は、前記キャビティユニットの背面側のプレートに穿設された入口と、前記背面側のプレートと前記共通インク室を有するプレートとの間に介挿された少なくとも1枚のプレートに穿設された接続口とからなり、前記インク供給通路の内面は、前記接続口と前記入口とが、前記共通インク室の前記一端部上に重ねられて階段状に構成されていることを特徴とするものである。
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ヘッドにおいて、前記共通インク室の長手方向に直交する方向からの側面視で、前記共通インク室の前記一端部における底面の最上流点と、前記入口の背面側における開口縁部のうち前記共通インク室の前記他端部側と反対側の開口縁部とを結ぶ仮想線は、前記共通インク室の底面に対して90°<θ≦135°に傾斜して形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記インク供給通路の入口には、濾過部を有するフィルタ体が配置されていることを特徴とするものである。
請求項1に記載の発明によれば、インク供給通路が接続された共通インク室の一端部における底面の最上流点は、平面視で前記インク供給通路の、前記共通インク室の他端部側とは反対側の開口縁部よりも、前記他端部側に位置しているから、キャビティユニットの背面の入口から供給されたインクが、キャビティユニットの積層方向に流れて、プレートの平板面に沿って形成された共通インク室に入り込むときに、直角よりも緩やかに(鈍角)向きを変えて入り込む。そのため、インク供給通路と共通インク室との接続部分においては、最上流点に近い側と遠い側とのインクの流れ(速度)の差が小さくなり、共通インク室の最上流側の側壁隅部であっても、インクが滞ることなく流れる。これにより、前記共通インク室の最上流側の側壁隅部で、気泡が溜まることを防止でき、仮に気泡が溜まっても、ノズル側あるいはインク供給源側から行われる吸引動作で速やかに気泡を除去することが可能となる。その結果、気泡の発生に起因する、インク供給通路から共通インク室へのインク供給不足を防止することができる。
請求項2に記載の発明によれば、インク供給通路の内面は、前記接続口と前記入口とが、前記共通インク室の前記一端部上に重ねられて階段状に構成されている、換言すれば、接続口及び入口は、それぞれのプレートの板厚方向にまっすぐに穿設加工され、テーパ形状に形成する必要がない。そのため、接続口及び入口を、コストの嵩む特別な加工で形成しなくても、簡単に請求項1の効果を得ることができる。
請求項3に記載の発明によれば、インク供給通路から共通インク室へ、インクが緩やかに方向を変えて入り込むことができるから、共通インク室の最上流側の側壁隅部でのインクの澱みを確実に防止でき、気泡の発生を抑制できる。また、仮にインクが溜まっても、メンテナンス時のパージ動作で容易に気泡を除去できる。
請求項4に記載の発明によれば、フィルタ体の濾過部でインクのゴミが分離されるから、キャビティユニットの内部へのゴミの流入を防止できる。そして、共通インク室の最上流側の側壁隅部での気泡の発生が抑制されているから、フィルタ体でインク供給通路の入口を覆っていても、気泡がフィルタ体で閉じ込められてインク供給通路を狭くすることもない。
以下、本発明の基本的な実施形態について、図面に基づいて説明する。図1は実施形態のインクジェットヘッドの斜視図、図2はインクジェットヘッドの分解斜視図、図3はキャビティユニットの拡大分解斜視図、図4は図1のIV−IV線矢視拡大断面図、図5(a)はインク供給通路をフィルタ体を除いた状態で見た平面図、図5(b)はインク供給通路と共通インク室との接続を示す側断面図、図6(a)はインク供給通路と共通インク室との接続の応用例を示す側断面図、図6(b)はインク供給通路と共通インク室との接続の他の応用例を示す側断面図である。
図1は、実施形態として本発明が適用された圧電式のインクジェットヘッド100におけるキャビティユニット1と圧電アクチュエータ2の斜視図であり、金属板製の複数枚のプレートを備えるキャビティユニット1にプレート型の圧電アクチュエータ2が接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ2の上面に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル3が重ね接合されている。そして、最下層のキャビティユニット1の下面側に開口されたノズル4から、下向きにインクが吐出するものとする(図4参照)。
前記キャビティユニット1は、図2に示すように、ノズルプレート11、スペーサプレート12、ダンパープレート13、2枚のマニホールドプレート14a、14b、サプライプレート15、ベースプレート16、及びキャビティプレート17の合計8枚の薄い平板を、その各平板面が対向するように接着剤を介して積層し、重ね接合した構造となっている。
実施形態では、各プレート11〜17は50〜150μm程度の厚さを有し、ノズルプレート11はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート12〜17は42%ニッケル合金鋼板製である。前記ノズルプレート11には、微小径(実施形態では25μm程度)のインク吐出用のノズル4が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル4は、当該ノズルプレート11における長辺方向(X方向)に沿って、千鳥配列状で5列に配列されている。
また、前記キャビティプレート17には、図3に示すように、複数の圧力室36がキャビティプレート17の長辺(前記X方向)に沿って千鳥配列状で5列に配列されている。実施形態では、前記各圧力室36は、平面視細長形状に形成され、その長手方向がキャビティプレート17の短辺方向(Y方向)に沿うようにして穿設され、長手方向の一端部36aがノズル4と連通し、他端部36bが後述する共通インク室7と連通する。
各圧力室36における一端部36aは、ベースプレート16、サプライプレート15、2枚のマニホールドプレート14b、14a、ダンパープレート13、及びスペーサプレート12に、同じく千鳥配列状にて穿設されている微小径の連通孔37を介して、ノズルプレート11における前記各ノズル4に連通している。
キャビティプレート17の下面に隣接するベースプレート16には、各圧力室36の他端部36bに接続する貫通孔38が穿設されている。
ベースプレート16の下面に隣接するサプライプレート15には、後述する共通インク室7から前記各圧力室36へインクを供給するための接続流路40が設けられる。そして各接続流路40には、共通インク室7からインクが入る入口孔と、圧力室36(貫通孔38)側に開口する出口孔と、入口孔と出口孔との間にあって、接続流路40中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部とが備えられている。
2枚のマニホールドプレート14a,14bには、その長辺方向(X方向)に沿って長い5つの共通インク室7が前記ノズル4の各列に沿って延びるように板厚を貫通して形成されている。すなわち、図2及び図4に示すように、2枚のマニホールドプレート14a、14bを積層し、かつその上面をサプライプレート15にて覆い、下面をダンパープレート13にて覆うことにより、合計5つの共通インク室(マニホールド室)7が密閉状に形成される。各共通インク室7は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室36の一部と重なって圧力室36の列方向(ノズル4の列方向)に沿って長く延びている。
図3及び図4に示すように、マニホールドプレート14aの下面に隣接するダンパープレート13の下面側には、共通インク室7と隔絶されたダンパ室45が凹み形成されている。この各ダンパ室45の位置および形状は、図2に示すように、前記各共通インク室7と一致させている。このダンパプレート13は、適宜弾性変形し得る金属素材であるため、ダンパ室45上部の薄い板状の天井部は、共通インク室7側にも、ダンパ室45側にも自由に振動することができる。インク吐出時に、圧力室36で発生した圧力変動が共通インク室7に伝播しても、前記天井部が弾性変形して振動することにより、前記圧力変動を吸収減衰させるというダンパ効果を奏し、圧力変動が他の圧力室36へ伝播するというクロストークを防止することができるものである。
また、図2に示すように、キャビティプレート17には、キャビティユニット1へのインクの入口として4つのインク供給口47(図2の左側から順に個別に47a、47b、47c、47dと付す)が穿設され、ベースプレート16には、各インク供給口47に対応して接続口50(図2の左側から順に個別に50a、50b、50c、50dと付す)が穿設され、サプライプレート15には、各接続口50に対応して接続口51(図2の左側から順に個別に51a、51b、51c、51dと付す)が穿設されている。これらインク供給口47、接続口50、51が、共通インク室7の長手方向の一端部71の上方に重ねられて、4つのインク供給通路52が構成される(図1の左側から順に個別に52a、52b、52c、52dと付す)。このインク供給通路52についての詳細は後述する。
インク供給口47からノズル4に至るインク流通路では、インク供給源からのインクが、インク供給口47からインク供給通路52を介してインク供給チャンネルとしての共通インク室7に供給された後、図3に示すように、サプライプレート15の接続流路40及びベースプレート16の貫通孔38を経由して各圧力室36に分配供給される。そして、圧電アクチュエータ2の駆動により、インクは各圧力室36内から前記連通孔37を通って、その圧力室36に対応するノズル4に至るという構成になっている。
この実施形態では、図2に示すように、インク供給口47、接続口50、51がそれぞれ4つ設けられているのに対して、共通インク室7が5つ設けられており、インク供給口47a及び接続口50a、51aで構成されるインク供給通路52aだけが、2つの共通インク室7,7に接続されている。インク供給口47a(インク供給通路52a)には、ブラックインクが供給されるように設定されており、ブラックインクがその他のカラーインクに比べて使用頻度が高いことを考慮したものである。他のインク供給口47b、47c、47dには、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクがそれぞれ単独に供給される。インク供給口47a,47b,47c,47dには、それぞれの開口に対応する濾過部20aを有するフィルタ体20が接着剤等で貼着されている(図1参照)。
一方、前記圧電アクチュエータ2は、特開平4−341853号公報等に開示された公知のものと同様に、図示しないが複数枚の圧電シートを積層した構造で、1枚の厚さが30μm程度の各圧電シートのうち下から偶数段目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36に対応した箇所ごとに細幅の個別電極が長辺方向(X方向)に沿って列状に形成されている。下から奇数段目の圧電シートの上面(広幅面)には、複数個の圧力室36に対して共通のコモン電極が形成されており、最上段のシートの上面には、表面電極48として、前記個別電極の各々に対して電気的に接続される表面電極と、前記コモン電極に対して電気的に接続される表面電極とが設けられている。
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ2における下面(圧力室36と対面する広幅面)全体に、接着剤としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート(図示せず)を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット1に対して、圧電アクチュエータ2が、その各個別電極を前記キャビティユニット1における各圧力室36の各々に対応させて接着・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3(図4参照)が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル3における各種の配線パターン(図示せず)が、前記各表面電極48に電気的に接合される。
次に、インク供給通路52と共通インク室7との接続について、図5(a)及び図5(b)を用いて説明する。図5(a)及び図5(b)は4つのインク供給通路52のうちのインク供給通路52dを例に示したものである。
インク供給通路52dは、共通インク室7の長手方向の一端部71に連通するように接続されているが、共通インク室7の一端部71における底面72の最上流点Pが、平面視でインク供給通路52dの入口の背面側における開口縁部のうち、共通インク室7の他端部側とは反対側(矢印A側)の開口縁部Qよりも、前記他端部側(矢印B側)に位置している。
前述したように、インク供給通路52dはインク供給口47d、接続口50d、51dが上下に重ねられて構成されているが、これらインク供給口47d、接続口50d、51dは、いずれも平面視長孔形状で板厚方向にまっすぐに(テーパ形状なしに)穿設されている。そして、それぞれの開口形状は、インク供給口47d、接続口50d、接続口51dの順に相似的に小さくなって、階段状で且つその階段の奥行き寸法が均等となるように重ねられている。また、共通インク室7の一端部71の最下流側となる側壁71aは、接続口51dの開口領域の内側に位置している。これにより、インク供給通路52dの内径は、キャビティユニット1の背面側から前面側に向かって段階的に小径となっている。
そして、共通インク室7の長手方向に直交する方向からの側面視で、共通インク室7の最上流点Pと、インク供給口47dの開口端縁Qとを結ぶ仮想線Rが、共通インク室7の底面72に対して傾斜し、傾斜角度θが90°より大きく(鈍角)に形成されている。
そのため、インク供給口47dから流入したインクは、インク供給通路52から共通インク室7に流れ込む際に、従来の直角に向きを変える場合(図7参照)に比べて、緩やかに方向を変えることになるので、接続部分における外側(最上流点Pに近い側)と内側(最上流点Pに遠い側)とのインクの流れ(速度)の差が小さくなり、図7の隅部101のように、インクの流れが滞る領域の発生を抑制でき、その結果、気泡が溜まることを防止できる。
なお、気泡の溜まりをより確実に抑制するために、仮想線Rの傾斜角度θは、90°<θ≦135°であることが望ましい。さらに望ましくは、120°<θ≦135°とする。
このインク供給通路52と共通インク室7との接続は、共通インク室7の最上流点Pが、平面視でインク供給通路52dの、共通インク室7の他端部側とは反対側(矢印A側)の開口縁部Qよりも、前記他端部側(矢印B側)に位置していればよく、必ずしも、図5(a)及び図5(b)に示すようなインク供給通路52の内面全体が均等な階段状を呈している必要はない。例えば、図6(a)に示すように、インク供給通路52の内面のうち、矢印A側の部位(共通インク室の最上流点Pに対応する上方の部位)のみが階段状を呈していればよく、また、その階段の段差や奥行き寸法は不均等であってもよい。
また、図6(b)に示すように、共通インク室7の最上流点Pは、平面視でインク供給口47dの開口の領域を外れたさらなる共通インク室7の他端部側(矢印B側)に位置していてもよい。さらに、この実施形態では共通インク室7が2枚のマニホールドプレート14a、14bにより構成されているが、前面側のマニホールドプレート14aの共通インク室7における最上流側の側壁71aを、背面側のマニホールドプレート14bの共通インク室7における最上流側の側壁71bよりも、共通インク室7の他端部側(矢印B側)に配置して、共通インク室7の最上流側の側壁においても階段形状を設けてもよい。
なお、インク供給口47、接続口50、51をそれぞれ前面側に向かって小径となるテーパ形状に形成してこれらを積層することで、インク供給通路52の内径を、前面側に向かってなだらかに小径となるテーパ形状に形成してもよい。しかしながら、各プレートに微小なテーパ形状の貫通孔を形成する困難さを考慮すると、上記実施形態のように、インク供給通路52の内面を階段状に構成する方が、製造コストの削減が可能となる。
また、上記実施形態では、インク供給口47及び接続口50、51を平面視で長孔形状であるとして説明したが、円形状や楕円形状であってもよい。
また、上記実施形態のインク供給通路52aは、2つの共通インク室7に接続されるが、本発明は、2つあるいは3つ以上の共通インク室7にインク供給通路52が接続される場合でも、勿論適用することができる。
実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。 インクジェットヘッドの分解斜視図である。 キャビティユニットの拡大分解斜視図である。 図1のIV−IV線矢視拡大断面図である。 (a)はインク供給通路をフィルタ体を除いた状態で見た平面図、(b)はインク供給通路と共通インク室と接続を示す側断面図である。 (a)はインク供給通路と共通インク室との接続の応用例を示す側断面図、(b)はインク供給通路と共通インク室との接続の他の応用例を示す側断面図である。 インク供給通路と共通インク室との接続の従来例を示す側断面図である。
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 フレキシブルフラットケーブル
4 ノズル
7 共通インク室
11 ノズルプレート
12 スペーサプレート
13 ダンパープレート
14a マニホールドプレート
14b マニホールドプレート
15 サプライプレート
16 ベースプレート
17 キャビティプレート
20 フィルタ体
20a 濾過部
36 圧力室
47 インク供給口
50、51 接続口
52、152 インク供給通路
71 一端部
72 底面
100 インクジェットヘッド
101 隅部

Claims (4)

  1. 複数の平板状のプレートを、その各平板面が対向するように積層して構成され、前面に列状に配置された複数のノズルと、前記各ノズル毎に対応して連通する複数の圧力室と、前記各圧力室にインクを分配供給するように前記ノズルの列方向に長く延び平板面に沿って形成された共通インク室と、前記共通インク室にインク供給源からのインクを供給するインク供給通路とを有するキャビティユニットが備えられたインクジェットヘッドにおいて、
    前記インク供給通路は、前記キャビティユニットの背面に入口を有し、前記各プレートの積層方向に延びて前記共通インク室の長手方向の一端部に接続し、
    前記インク供給通路が接続された前記共通インク室の前記一端部における底面の最上流点は、平面視で前記インク供給通路の入口の、前記共通インク室の他端部側とは反対側の開口縁部よりも、前記他端部側に位置していることを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 前記インク供給通路は、前記キャビティユニットの背面側のプレートに穿設された入口と、前記背面側のプレートと前記共通インク室を有するプレートとの間に介挿された少なくとも1枚のプレートに穿設された接続口とからなり、
    前記インク供給通路の内面は、前記接続口と前記入口とが、前記共通インク室の前記一端部上に重ねられて階段状に構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ヘッド。
  3. 前記共通インク室の長手方向に直交する方向からの側面視で、前記共通インク室の前記一端部における底面の最上流点と、前記入口の背面側における開口縁部のうち前記共通インク室の前記他端部側と反対側の開口縁部とを結ぶ仮想線は、前記共通インク室の底面に対して90°<θ≦135°に傾斜して形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ヘッド。
  4. 前記インク供給通路の入口には、濾過部を有するフィルタ体が配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
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