JP2006198903A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力室から共通インク室に伝播するインクの圧力波を効率よく吸収でき、製造が容易で、かつ全体の小型化が可能となるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】 インクを吐出する複数のノズル４と、各ノズル毎に連通して設けられた複数の圧力室３６と、複数の圧力室３６にインクを分配するための共通インク室７とを有するキャビティユニット１を備え、圧力室３６に加えられた吐出圧力によりノズル４からインクを吐出するインクジェットヘッド１００において、複数のノズル４を、可撓性のある第１のプレートに穿設し、そのプレートの一部を共通インク室７の一側を形成する壁とし、その壁により圧力室３６から共通インク室７に伝わるインクの圧力波を吸収するためのダンパー部８を構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インク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に関するものである。

従来からインクジェットヘッドとしては、インク供給源から供給されたインクが共通インク室から各圧力室に分配されてノズルに至るように形成されたキャビティユニットと、このキャビティユニットに積層される圧電アクチュエータとを備え、圧電アクチュエータから選択的に圧力室に吐出圧力を加えることで、その圧力室に対応するノズルからインクを吐出するように構成したものがある。

上記のような構成では、圧力室はノズルと共通インク室の両方に連通しているので、圧電アクチュエータにより圧力室が加圧されると、圧力室からのインクの圧力波には、ノズルに向かう前進成分だけでなく、共通インク室に向かう後退成分も発生する。この圧力波の後退成分が共通インク室を介して他のノズルに伝播するクロストークが発生すると、記録品質が低下する。そのため、前記圧力波の後退成分を吸収するダンパーを共通インク室に設けることが知られている。

例えば、特許文献１及び２には、ノズルが設けられたノズルプレートや、ダンパー室が設けられたダンパープレート、共通インク室が設けられたマニホールドプレート等の複数のプレートを積層して形成するキャビティユニットが記載されている。そして、共通インク室とダンパー室とをプレートの積層方向に隣接するように配置している。これにより、共通インク室とダンパー室とを同一のプレート内にてその広幅面に沿って隣接させる場合に比べて、キャビティユニットの積層方向平面視での面積を小さくすることができ、ひいてはインクジェットヘッド全体の小型化を図ることができる。

具体的には、特許文献１では、金属製のマニホールドプレートに共通インク室を凹設し、共通インク室の底部となる肉薄部がダンパー室の天井部となるようにマニホールドプレートとダンパープレートとを積層している。一方、特許文献２では、金属製のダンパープレートにダンパー室を凹設し、ダンパー室の天井部となる肉薄部が共通インク室の底部となるようにマニホールドプレートとダンパープレートとを積層している。そして、いずれの場合も、共通インク室の一側を、前記肉薄部の一方面で構成するとともに、肉薄部の他方面側に空気層を設けている。これにより、圧力室から連通孔を介して共通インク室に伝達する圧力波の後退成分を、金属製の前記肉薄部の振動により吸収することができるのである。
特開２００３−１１３５６号公報（図３、図４、及び図５参照） 特開２００４−２５６３６号公報（図２及び図３参照）

上述した特許文献１及び２ではいずれも、共通インク室に伝達される圧力波の吸収を、金属製の肉薄部で行っているから、肉薄部を十分に振動させて圧力波を吸収するためには、肉薄部の厚みをできるだけ薄くしたり、肉薄部をある程度の大面積で確保したりする必要がある。

しかしながら、前述した肉薄部は、金属製のマニホールドプレートやダンパープレートの板厚を薄くするように減肉加工をして形成しているため、板厚を精度良く薄くするにも製造上の限界があるうえに、肉薄部の面積を大きくするとインクジェットヘッドの大型化を招来するという問題もあった。

本発明は、上記課題を解消するものであり、圧力室から共通インク室に伝播するインクの圧力波を効率よく吸収でき、製造が容易で、かつ全体の小型化が可能とな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、インクを吐出する複数のノズルと、各ノズル毎に連通して設けられた複数の圧力室と、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室とを有するキャビティユニットを備え、前記圧力室に加えられた吐出圧力により前記ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記複数のノズルを、可撓性のある第１のプレートに穿設し、そのプレートの一部を前記共通インク室の一側を形成する壁とし、その壁により前記圧力室から前記共通インク室に伝わるインクの圧力波を吸収するためのダンパー部を構成した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、前記第１のプレートは、樹脂材料により構成され、少なくとも前記共通インク室の壁を形成する部分には、気体不透過性の被膜が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３に記載の発明におけるインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズルと、各ノズル毎に連通して設けられた複数の圧力室と、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室とを有するキャビティユニットを備え、前記圧力室に加えられた吐出圧力により前記ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記共通インク室の一側を構成する壁を、可撓性を有する樹脂材料に気体不透過性の被膜を被覆形成した第１のプレートによって形成し、その壁により前記圧力室から前記共通インク室に伝わるインクの圧力波を吸収するためのダンパー部を構成した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または３に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、前記共通インク室を形成する開口を貫通形成した第２のプレート、前記圧力室を形成する開口を貫通形成した第３のプレート、前記圧力室と前記共通インク室とを接続する連通孔を有する第４のプレート、及び前記ノズルを穿設した前記第１のプレートを積層して構成され、前記第１のプレートは、前記第２のプレートの開口の一側面を覆ってその第２のプレートに積層され、前記第３のプレートは、前記第２のプレートの前記第１のプレートとは反対側に前記第４のプレートを介して積層されていることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第１のプレートの前記共通インク室の周縁近傍に沿う部分に、他の部分よりも変形がしやすいように弱化部が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６に記載の発明は、請求項２または３に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第１のプレートの樹脂材料は、ポリイミド樹脂であ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、圧力室から共通インク室に伝わるインクの圧力波をダンパー部で吸収するから、共通インク室を介して発生するノズル間のクロストークを防止することができる。

また、このダンパー部を、ノズルが穿設された第１のプレートに設け共通インク室の一側の壁として構成する、すなわち、キャビティユニットに元来備えられるノズル用のプレートを利用してダンパー部を構成するから、キャビティユニットの部品点数の削減とともに、キャビティユニットの薄型化が可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、ダンパー部が設けられる第１のプレートは可撓性を有する樹脂材料であるから、金属材料等を用いた場合に比べて剛性がきわめて小さいので、ダンパー部の面積を小さくしてもインクの圧力波の吸収に必要な大きさの振動が可能となる。

また、第１のプレートの少なくとも前記共通インク室の壁を形成する部分には、気体不透過性の被膜が形成されるから、第１のプレートの樹脂材料が気体透過性を有していても、空気が第１のプレートを介して透過し共通インク室内のインクに侵入し気泡となってノズルを不吐出にすることを防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、ダンパー部で圧力室から共通インク室に伝わるインクの圧力波を吸収するから、共通インク室を介して発生するノズル間のクロストークを防止することができる。

また、第１のプレートは気体不透過性の被膜で被覆されるから、第１のプレートの樹脂材料が気体透過性を有していても、空気が第１のプレートを介して透過し共通インク室内のインクに侵入し気泡となってノズルを不吐出にすることを防止できる。

請求項４に記載の発明によれば、圧力室と共通インク室とを接続する連通孔を有する大４のプレートが、ノズルが穿設されかつダンパー部が設けられた第１のプレートと、共通インク室を形成する開口が貫通して設けられた第２のプレートを挟んで対向して積層されているから、前記連通孔とダンパー部とは対向して配置されていることになり、圧力室から連通孔を介して共通インク室に戻るインクの圧力波は、対向するダンパー部に効率よく吸収される。

請求項５に記載の発明によれば、弱化部が設けられることにより、第１のプレートに共通インク室の一側の壁を形成するように設けられたダンパー部が、さらに振動しやすくなる。

請求項６に記載の発明によれば、ポリイミド樹脂は耐インク性を有しているとともに、第１のプレートにノズルをレーザ等で穿設する際の加工容易性に優れ、また、撓み易いためダンパー部に適した振動性を発揮することができる。

以下に、本発明の基本的な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明が適用された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はダンパー部の変形例を示す部分断面図である。

図１は、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、複数枚のプレートからな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（図４参照）が重ね接合されている。そして、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。

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（請求項の第１のプレートに相当）１１、２枚のマニホールドプレート（請求項の第２のプレートに相当）１２ａ、１２ｂ、サプライプレート（請求項の第４のプレートに相当）１３、ベースプレート１４、及びキャビティプレート（請求項の第３のプレートに相当）１５の合計６枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて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１１〜１５は５０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート１１は可撓性を有する合成樹脂製で、その他のプレート１２〜１５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（約２０〜２３μｍ程度）のインク吐出用のノズル４が微小間隔で多数個、レーザ加工等により穿設されている。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１５には、複数の圧力室３６がキャビティプレート１５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、図２及び図３に示すように、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１５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１４と、サプライプレート１３、及び２枚のマニホールドプレート１２ａ、１２ｂに、同じく千鳥配列状にて穿設されている微小径の接続孔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１５の下面に隣接するベースプレート１４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１４の下面に隣接するサプライプレート１３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（請求項の連通孔に相当）が設けられる。そして各接続流路４０には、共通インク室７側へ開口するインクの入口孔４０ａと、圧力室３６側となる前記貫通孔３８側へ開口する出口孔４０ｂ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４０ｃとが備えられている。

２枚のマニホールドプレート１２ａ，１２ｂ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さ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１２ａ、１２ｂを積層し、かつその上面をサプライプレート１３にて覆い、下面をノズルプレート１１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。

前述したように、マニホールドプレート１２ａの下面はノズルプレート１１で覆われるため、共通インク室７の底部を形成する壁は、可撓性を有する樹脂製のノズルプレート１１で形成されることになり、この部分が、圧力室３６から共通インク室７に伝わるインクの圧力波を吸収するためのダンパー部８となる（図３及び図４参照）。この実施形態では、ノズルプレート１１は、ポリイミド樹脂製であるため気体透過性を有しており、またノズルプレート１１は外部に露出する最下層に位置しているため、少なくともダンパー部８となる部分に、気体不透過性の被膜として金属膜１６を形成して、共通インク室７の内部にノズルプレート１１を介して空気が透過しないようにしている。

金属膜１６は、ここでは、ノズルプレート１１の外側の全面（ノズル４等の開口部を除く）に形成しているが、共通インク室７への空気の透過を防止できれば、必ずしも全面に設ける必要はなく、また、ノズルプレート１１のマニホールドプレート１２ａと対向する側の面に設けてもよい。また、この金属膜１６は、ポリイミド製のプレートに、電鋳法（めっき）あるいは蒸着法等で、数μｍ程度の薄さで形成されたものであるため、ダンパー部８の可撓性を損なうものではない。なお、ノズルプレート１１自体が気体不透過性を有する可撓性材料で形成される場合には、金属膜１６のような気体不透過性の被膜は不要である。

さらに、このノズルプレート１１には、ダンパー部８が他の部分よりも変形し易くなるように、当該ノズルプレート１１の共通インク室７の周縁近傍に沿う部分に、弱化部１７が形成されている。この実施形態では、細長形状に形成された共通インク室７の長辺に沿って、ノズルプレート１１のマニホールドプレート１２ａと対向する側の面におけるダンパー部８領域のわずかに外側に、溝状の弱化部１７を凹設している。弱化部１７としては、溝状に限定するものではなく、貫通穴を間欠的に設けたりしてもよい。また、その形成箇所も、共通インク室７の全周に沿って設けてもよい。

また、図２に示すように、キャビティプレート１５、ベースプレート１４、及びサプライプレート１３の一方の短辺側の端部には、上下の位置を対応させて、それぞれ４つのインク供給口４７が穿設されている。インク供給源からのインクが、これらインク供給口４７から共通インク室７の一端部に連通するようになっている。４つのインク供給口４７を、図２の左側から順に個別に４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄと付す。

この実施形態では、図２に示すように、インク供給口４７が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４に示すように１枚の厚さが３０μｍ程度の複数枚の圧電シート４１〜４３を積層した構造で、各圧電シートのうち下から所定数の偶数段目の圧電シート４２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４４が長辺方向（Ｘ方向）に沿って列状に形成されている。下から所定数の奇数段目の圧電シート４１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４６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（図１及び図２参照）として、積層方向に対応する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。公知のように個別電極４４とコモン電極４６との間に高電圧を印加することで、両電極間に位置する圧電シートの部分が分極され、活性部として形成される。

そして、こ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４４を前記キャビティユニット１における各圧力室３６の各々に対向配置させて接着・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。

このように構成されたインクジェットヘッド１００では、キャビティユニット１のインク供給口４７からノズル４に至るインク流通路において、インクは、インク供給口４７から共通インク室７に供給された後、サプライプレート１３の接続流路４０及びベースプレート１４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が駆動され活性部が選択的に変位すると、変位した活性部に対応する圧力室３６のインクに吐出圧力が加えられ、圧力室３６から接続孔３７を通ってノズル４に伝達する圧力波（前進成分）により、ノズル４からインクが吐出される。このとき、圧力室３６から貫通孔３８及び接続流路４０を通って共通インク室７にも圧力波（後退成分）が伝わるが、接続流路４０の入口孔４０ａに対向する共通インク室７の底部がダンパー部８となっているので、ダンパー部８の振動により前記圧力波を効率よく吸収することができる。これにより、共通インク室７に伝わる圧力波によるクロストークを防止することができるのである。

また、ノズルプレート１１は、ノズル４の加工容易性のために元来樹脂製であり、且つキャビティユニット１の最下層に配置されている。そのため、ダンパー部８をノズルプレート１１を利用してこれに設けることによって、ダンパー部８を形成するためのダンパープレートを省略することができるとともに、ダンパー部８のためにわざわざ樹脂製のプレートを用意する必要もない。また、ノズルプレート１１は最下層にあり、外部の空気に片面が露出して設けられているため、ダンパー部８が撓むための空間を従来のようにキャビティユニット１の内部に設ける必要もない。従って、キャビティユニット１を構成するプレート数を減らし部品コストが削減できるとともに、キャビティユニット１の積層方向の厚みも薄型化できる。

ダンパー部８は、金属に比べて剛性の小さい樹脂製であるため、従来よりもダンパー部８の面積を小さくしても、インクの圧力波を吸収するめに十分に振動することができる。また、図５に示す変形例のように、ダンパー部８の厚みをノズルプレート１１よりも薄く形成して、ダンパー部８をさらに撓み易くしてもよい。この場合には、ダンパー部８の振動性が高いから、薄くした部分のＹ方向の幅寸法は、共通インク室のＹ方向の幅寸法よりも小さくしてもよい。さらに、共通インク室７のＸ方向の長さ寸法は、ノズル数により規定されるため、短くするのには限界がある。しかしながら、本発明では、ダンパー部８がその幅寸法を小さくしても十分にダンパー効果を発揮するので、これに伴って、共通インク室７のＹ方向の幅寸法は小さくすることができる。その結果、インクジェットヘッド１００全体の細幅化、ひいては複数のインクジェットヘッド１００を集積する際の高密度化が可能となる。

また、ダンパー部８は、ノズルプレート１１に設けられた弱化部１７により変形し易くなっているため、ダンパー部８の振動性がさらに向上されている。この弱化部１７は省略する場合もある。

また、ダンパー部８は気体透過性のある樹脂材料により構成されていても、気体不透過性の被膜が形成されているので、空気がダンパー部８を透過し共通インク室内のインクに侵入して気泡となることがない。したがって、その気泡によるノズル４からのインク不吐出を発生することがない。気体不透過性の被膜は、ノズル４付近のノズルプレート１１の下面を除いて、ダンパー部８に対応する位置に形成するようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、ノズルプレート１１にダンパー部８を設けたが、必要に応じて、可撓性を有するプレートであれば、ダンパー部８をノズルプレート１１とは異なるプレートに設けてもよい。

また、圧力室に吐出圧力を与えるアクチュエータとして圧電アクチュエータを例示したが、圧電方式に限定するものではない。

本発明が適用された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。 ダンパー部の変形例を示す部分断面図である。

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
８ ダンパー部
１１ ノズルプレート
１２ａ、１２ｂ マニホールドプレート
１３ サプライプレート
１４ ベースプレート
１５ キャビティプレート
１６ 金属膜
１７ 弱化部
３６ 圧力室
３７ 接続孔
３８ 貫通孔
４０ 接続流路
１００ インクジェットヘッド

Claims (6)

1. インクを吐出する複数のノズルと、各ノズル毎に連通して設けられた複数の圧力室と、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室とを有するキャビティユニットを備え、前記圧力室に加えられた吐出圧力により前記ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、
   前記複数のノズルを、可撓性のある第１のプレートに穿設し、そのプレートの一部を前記共通インク室の一側を形成する壁とし、その壁により前記圧力室から前記共通インク室に伝わるインクの圧力波を吸収するためのダンパー部を構成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記第１のプレートは、樹脂材料により構成され、少なくとも前記共通インク室の壁を形成する部分には、気体不透過性の被膜が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ヘッド。
3. インクを吐出する複数のノズルと、各ノズル毎に連通して設けられた複数の圧力室と、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室とを有するキャビティユニットを備え、前記圧力室に加えられた吐出圧力により前記ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、
   前記共通インク室の一側を構成する壁を、可撓性を有する樹脂材料に気体不透過性の被膜を被覆形成した第１のプレートによって形成し、その壁により前記圧力室から前記共通インク室に伝わるインクの圧力波を吸収するためのダンパー部を構成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
4. 前記キャビティユニットは、前記共通インク室を形成する開口を貫通形成した第２のプレート、前記圧力室を形成する開口を貫通形成した第３のプレート、前記圧力室と前記共通インク室とを接続する連通孔を有する第４のプレート、及び前記ノズルを穿設した前記第１のプレートを積層して構成され、
   前記第１のプレートは、前記第２のプレートの開口の一側面を覆ってその第２のプレートに積層され、
   前記第３のプレートは、前記第２のプレートの前記第１のプレートとは反対側に前記第４のプレートを介して積層されていることを特徴とする請求項１または３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記第１のプレートの前記共通インク室の周縁近傍に沿う部分に、他の部分よりも変形がしやすいように弱化部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
6. 前記第１のプレートの樹脂材料は、ポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェットヘッド。

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