JP2007125808A - Inkjet head - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェットヘッドに係り、特に、吐出圧力を受ける圧力室に連通孔を経てインクを供給するように構成されたキャビティユニットを有するインクジェットヘッドに関するものである。 The present invention relates to an inkjet head, and more particularly, to an inkjet head having a cavity unit configured to supply ink through a communication hole to a pressure chamber that receives discharge pressure.
近年のインクジェットヘッドでは小型化が進められており、本出願人も、例えば、特許文献1に開示しているように、インクジェットヘッドにおいてインク流通路を内部に有するキャビティユニットを薄い複数枚のプレートを積層して構成することで、ヘッド全体の薄型化を図っている。
In recent inkjet heads, miniaturization has been promoted, and the applicant of the present invention has also disclosed a plurality of thin plates with a cavity unit having an ink flow path in the inkjet head as disclosed in, for example,
キャビティユニットの複数枚のプレートとしては、複数のノズルが穿設されたプレート、各ノズル毎の圧力室が形成されたプレート、インク供給源から供給されたインクを一旦溜める共通インク室が形成されたプレート、共通インク室のインクを各圧力室に分配するための連通孔(特許文献1では連通路38と記載)が形成されたプレート等が備えられている。そして、前記圧力室に充填されたインクに吐出圧力を与えるアクチュエータが、前記圧力室を覆うようにキャビティユニットに積層されている。 As the plurality of plates of the cavity unit, a plate in which a plurality of nozzles are formed, a plate in which a pressure chamber for each nozzle is formed, and a common ink chamber in which ink supplied from an ink supply source is temporarily stored are formed. A plate, a plate in which communication holes for distributing the ink in the common ink chamber to the respective pressure chambers (described as communication passage 38 in Patent Document 1) are formed. An actuator that applies discharge pressure to the ink filled in the pressure chamber is stacked on the cavity unit so as to cover the pressure chamber.
このような薄型のキャビティユニットでは、キャビティユニット全体の厚み寸法を有効に利用して、吐出に必要なインク流通路を確保するために、インク流通路をキャビティユニットの内部において、プレートの積層方向(厚み方向)に貫通させたり、各プレートの面方向と平行に延ばしたりして構成している。具体的には、アクチュエータからの吐出圧力を受ける圧力室を、アクチュエータと対向する背面側のプレートに、ノズルを前面側のプレートに、共通インク室を積層方向の中間のプレートに、それぞれ配置している。そして、インクは、共通インク室に供給されたのち、図10(a)に模式的に図示しているように、プレートの積層方向に沿って連通孔28を進んで圧力室24の一端24aに達し、この圧力室24の一端24aで流れる方向を略直角に屈曲させて、アクチュエータ21の面に沿って圧力室24の他端24bへ進み、再びこの他端24bで、流れる方向を略直角に屈曲させて、キャビティユニットの前面側に設けたノズルに至るように構成されている。
ところで、インクジェットヘッドでは、キャビティユニットの内部のインクに気泡が混入すると、インクの吐出不良を引き起こすため、インクをキャビティユニットのノズル側から吸引またはインク供給源側から押すなどして強制的に加圧して、インクとともに気泡を排出するメンテナンス(パージ処理)が行われる。 By the way, in the ink jet head, if air bubbles are mixed in the ink inside the cavity unit, ink ejection failure is caused. For this reason, the ink is forcibly pressurized by sucking from the nozzle side of the cavity unit or pushing from the ink supply source side. Thus, maintenance (purging process) for discharging the air bubbles together with the ink is performed.
しかしながら、前述したように、インク流通路を略直角に屈曲させるように構成していると、この屈曲部分に気泡が停滞し、停滞した気泡は後から来た気泡と合体して大きな気泡に成長し易い。特に、圧力室は、インクに大きな吐出圧力を与えるためにはアクチュエータの動作に伴う断面積の変化率を大きくする必要があり、アクチュエータと対向する幅(図10(c)の平面図においてW)が大きく、深さ(図10(a)において上下方向)が小さい扁平な断面形状であることが好ましい。また、連通孔が形成されるプレートは、キャビティユニット全体に剛性を与えるために、圧力室を形成するプレートよりも厚いプレートであることが好ましく、その厚さに対して小さい連通孔を穿設することが困難なので、連通孔はその厚さ程度の直径を有するものとなる。このため、図10(b)に示すように、連通孔28の内側にて大きく成長した気泡Aは球形であるから、その気泡の直径よりも小さい深さの圧力室24に入り込み難く、圧力室24の天井面に停滞してしまう。その結果、アクチュエータにより圧力室24内のインクに付与した圧力が気泡に吸収されてしまい、ノズルから吐出するための圧力が不足し吐出不良を生じることになる。
However, as described above, if the ink flow path is configured to bend at a substantially right angle, bubbles are stagnated at the bent portion, and the stagnant bubbles merge with bubbles that come later and grow into large bubbles. Easy to do. In particular, in order to give a large discharge pressure to ink, the pressure chamber needs to increase the rate of change of the cross-sectional area accompanying the operation of the actuator, and the width facing the actuator (W in the plan view of FIG. 10C) It is preferably a flat cross-sectional shape having a large depth and a small depth (vertical direction in FIG. 10A). Further, the plate in which the communication hole is formed is preferably a plate thicker than the plate forming the pressure chamber in order to give rigidity to the entire cavity unit, and a communication hole that is smaller than the thickness is formed. Therefore, the communication hole has a diameter approximately equal to its thickness. For this reason, as shown in FIG. 10B, since the bubble A which has grown greatly inside the
この気泡を除去するためには、インクに圧力をかけて連通孔28から圧力室24へ流れを生じさせるパージ処理を行う必要があるが、図10(c)に示すように圧力室24の幅Wが連通孔28の直径Lよりも十分に大きいため、パージ処理によるインクの流れは圧力室24の幅方向に逃げてしまい、気泡Aを押し出すことができない。このため、気泡Aの球形状を扁平形状に変形させる程の大きな圧力をインクにかけてパージ処理を行わないと、気泡を確実に除去することができず、パージ処理に伴うインクの無駄な排出や、パージ処理用のポンプの大型化も招来するという問題があった。
In order to remove the bubbles, it is necessary to perform a purging process in which a pressure is applied to the ink to cause a flow from the
本発明は、上記問題を解消するものであり、キャビティユニットの連通孔から圧力室に、インクが略直角に屈曲しながら流入するように構成されているものにおいて、この屈曲部分に溜まる気泡の除去を容易且つ確実に行うことのできるインクジェットヘッドの提供を課題とするものである。 The present invention solves the above-described problem, and in the structure in which the ink flows while bending at a substantially right angle from the communication hole of the cavity unit into the pressure chamber, the bubbles accumulated in the bent portion are removed. It is an object of the present invention to provide an ink jet head capable of easily and reliably performing the above.
前記課題を解決するために、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毎に対応して設けられた圧力室と、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、この共通インク室と前記圧力室とを接続する連通孔とが形成されているキャビティユニットと、前記圧力室に充填されたインクに吐出圧力を与えるアクチュエータとを備え、前記圧力室は前記連通孔と接続する一端から前記ノズルと接続する他端へ向けインクを流すように形成され、且つ前記連通孔は前記圧力室の一端に対してその圧力室でのインクの流れ方向と略直角方向に開口形成されて、前記連通孔を経たインクが前記圧力室の一端にて流れる方向を略直角に屈曲させるように構成されているインクジェットヘッドであって、前記圧力室におけるインクの流れに略直角な断面のうち、前記圧力室の一端の断面は、前記連通孔の中心軸線方向の深さがそれと略直角方向の幅よりも小さい扁平に形成され、前記連通孔の前記中心軸線と略直角な断面積は、前記圧力室の一端に向かい且つその圧力室でのインク流れ方向に順次大きくなっていることを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problem, an ink jet head according to the first aspect of the present invention includes a pressure chamber provided corresponding to each of a plurality of nozzles that eject ink, and a method for distributing ink to the plurality of pressure chambers. A cavity unit in which a common ink chamber, a communication hole connecting the common ink chamber and the pressure chamber are formed, and an actuator that applies discharge pressure to the ink filled in the pressure chamber; Is formed so that ink flows from one end connected to the communication hole to the other end connected to the nozzle, and the communication hole is substantially the same as the direction of ink flow in the pressure chamber with respect to one end of the pressure chamber. An ink jet head that is formed in a right angle direction and is configured to bend the direction in which ink that has passed through the communication hole flows at one end of the pressure chamber at a substantially right angle. Of the cross section substantially perpendicular to the flow of ink in the pressure chamber, the cross section of one end of the pressure chamber is formed in a flat shape in which the depth in the central axis direction of the communication hole is smaller than the width in a direction substantially perpendicular thereto. The cross-sectional area of the communication hole that is substantially perpendicular to the central axis is gradually increased toward one end of the pressure chamber and in the direction of ink flow in the pressure chamber.
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、前記キャビティユニットは、前記圧力室を形成するプレート、前記連通孔を形成するプレート、前記共通インク室を形成するプレートを積層して形成され、前記アクチュエータは、前記圧力室を形成するプレートに、前記連通孔を形成するプレートとは反対側に積層されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the ink jet head according to the first aspect, the cavity unit includes a plate that forms the pressure chamber, a plate that forms the communication hole, and a plate that forms the common ink chamber. The actuator is laminated on a plate forming the pressure chamber on a side opposite to the plate forming the communication hole.
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、前記連通孔は、前記圧力室の一端に開口する端部に、前記圧力室でのインク流れ方向に延び、前記圧力室の幅よりも狭い溝状の凹部を有し、その凹部の一部は前記圧力室を形成するプレートで覆われ、その凹部の残りの部分で、前記圧力室の一端と接続していることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the ink jet head according to the first or second aspect, the communication hole extends in an ink flow direction in the pressure chamber at an end opening at one end of the pressure chamber. And a groove-shaped recess that is narrower than the width of the pressure chamber, a portion of the recess is covered with a plate forming the pressure chamber, and the remaining portion of the recess is connected to one end of the pressure chamber. It is characterized by that.
また、請求項4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、前記連通孔には、インクの流れる方向の中途に、縮径部が形成されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the ink jet head according to the first or second aspect, the communication hole is formed with a reduced diameter portion in the middle of the ink flow direction. Is.
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、前記圧力室の一端における断面の縦横比は0.4以下であることを特徴とするものである。
The invention according to
また、請求項6に記載の発明は、請求項2に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記連通孔を形成するプレートは、前記圧力室を形成するプレートよりも前記積層方向において厚いことを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the ink jet head according to the second aspect, the plate forming the communication hole is thicker in the stacking direction than the plate forming the pressure chamber. It is.
請求項1に記載の発明によれば、連通孔の中心軸線と略直角な当該連通孔の断面積は、圧力室の一端に向かいかつ圧力室でのインク流れ方向に沿っても順次大きくなっているから、圧力室の一端の断面が、連通孔の中心軸線方向の深さをそれと略直角方向の幅よりも小さくした扁平に形成され、気泡がその扁平部分に入りにくい大きさに成長しても、パージ処理による圧力により、気泡を圧力室でのインク流れ方向に沿って順次変形させ、インクとともに外部へ排出することが容易となり、インクの吐出不良を防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, the cross-sectional area of the communication hole substantially perpendicular to the central axis of the communication hole gradually increases toward one end of the pressure chamber and along the ink flow direction in the pressure chamber. Therefore, the cross section of one end of the pressure chamber is formed into a flat shape in which the depth in the central axis direction of the communication hole is smaller than the width in a direction substantially perpendicular to it, and the bubble grows to a size that makes it difficult to enter the flat portion. However, it is easy to cause the bubbles to be sequentially deformed along the direction of ink flow in the pressure chamber by the pressure of the purge process, and to be discharged together with the ink, thereby preventing ink ejection failure.
請求項2に記載の発明によれば、キャビティユニットは、それぞれにインク流通路が形成された複数のプレートが積層されているから、複雑で微細な形状のインク流通路を内部に有するキャビティユニットを容易に且つ薄型に構成することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the cavity unit is formed by laminating a plurality of plates each having an ink flow path formed therein, the cavity unit having a complicated and finely shaped ink flow path therein. It can be easily and thinly configured.
請求項3に記載の発明によれば、連通孔の圧力室の一端に開口する端部に形成された溝状の凹部の一部を、圧力室を形成するプレートで覆っているから、連通孔の端部に扁平な空間が形成される。従って、連通孔から扁平形状の圧力室へインクが流れる際に、連通孔の端部における前記扁平な空間を経て流れ込むから、連通孔から圧力室へ急激に扁平性が高まることがなく、インク中の気泡が圧力室に流れ込み易くなる。 According to the third aspect of the present invention, a part of the groove-shaped recess formed at the end opening at one end of the pressure chamber of the communication hole is covered with the plate forming the pressure chamber. A flat space is formed at the end of each. Therefore, when ink flows from the communication hole to the flat pressure chamber, it flows through the flat space at the end of the communication hole, so that the flatness does not rapidly increase from the communication hole to the pressure chamber. Bubbles easily flow into the pressure chamber.
請求項4に記載の発明によれば、連通孔のインク流れ方向の中途に縮径部を設けているから、連通孔では、縮径部から圧力室に向かっては断面積が広がる形状が形成される。連通孔におけるインクの流れる方向の中途、すなわち連通孔が形成されるプレートの厚み方向の中途に縮径部を形成するために、連通孔を形成するプレートの表裏両面から同時にウエットエッチング加工する方法を採用すると、縮径部から連通孔の端部に至る連通孔の内面がなだらかに形成されるので、連通孔から圧力室への気泡の流入し易さが促進される。 According to the fourth aspect of the present invention, since the reduced diameter portion is provided midway in the ink flow direction of the communication hole, the communication hole has a shape in which the cross-sectional area increases from the reduced diameter portion toward the pressure chamber. Is done. In order to form a reduced diameter portion in the middle of the direction of ink flow in the communication hole, that is, in the middle of the thickness direction of the plate in which the communication hole is formed, a method of simultaneously performing wet etching from both the front and back surfaces of the plate forming the communication hole If it is adopted, the inner surface of the communication hole from the reduced diameter portion to the end of the communication hole is gently formed, so that the ease of inflow of bubbles from the communication hole to the pressure chamber is promoted.
請求項5に記載の発明によれば、圧力室の一端における断面が、その縦横比が0.4以下となる扁平性の高いものであり、アクチュエータの動作による圧力室の容積変化率を大きくすることができる。さらに請求項1から4のいずれかに記載したように連通孔を形成することで、連通孔から圧力室にかけて急激に扁平性が高くなること抑制し、パージ処理による圧力により、気泡を圧力室でのインク流れ方向に沿っても順次変形させることができ、気泡の排出性が高められる。
According to the fifth aspect of the present invention, the cross section at one end of the pressure chamber has a high flatness with an aspect ratio of 0.4 or less, and the volume change rate of the pressure chamber due to the operation of the actuator is increased. be able to. Furthermore, by forming the communication hole as described in any one of
請求項6に記載の発明によれば、アクチュエータの動作による圧力室の容積変化率を大きくするため、圧力室を形成するプレートは薄くなり、また圧力室は開口面積が大きいため、圧力室を形成するプレートは剛性が低くなりがちであるが、連通孔を形成するプレートを圧力室を形成するプレートよりも積層方向に厚くすることにより、積層方向全体としての剛性を高めることが可能となる。 According to the sixth aspect of the present invention, in order to increase the volume change rate of the pressure chamber due to the operation of the actuator, the plate forming the pressure chamber becomes thin, and the pressure chamber has a large opening area, so the pressure chamber is formed. However, the rigidity of the entire stacking direction can be increased by making the plate forming the communication hole thicker in the stacking direction than the plate forming the pressure chamber.
以下に、本発明の第1実施形態を、図1〜図5を用いて説明する。 Below, 1st Embodiment of this invention is described using FIGS.
図1は、本発明の実施形態によるインクジェットヘッド1におけるキャビティユニット20、圧電アクチュエータ21、及びフレキシブルフラットケーブル22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20にプレート型の圧電アクチュエータ21が接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ21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22が重ね接合されている。そして、キャビティユニット20の下面側に開口されたノズル23から、下向きにインクが吐出するものとする(図3参照)。
FIG. 1 is a perspective view of a
前記キャビティユニット20は、図2に示すように、ノズルプレート30、スペーサプレート31、2枚のマニホールドプレート33a、33b、サプライプレート34、ベースプレート35、及びキャビティプレート36の合計7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。
As shown in FIG. 2, the
実施形態では、各プレート30〜36は40〜150μm程度の厚さを有し、ノズルプレート30はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート31〜36は42%ニッケル合金鋼板製である。前記ノズルプレート30には、微小径(20μm程度)のインク吐出用のノズル23が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル23は、当該ノズルプレート30における長辺方向(X方向)と平行な2列に配列されている。
In the embodiment, each of the
また、前記キャビティプレート36には、図2に示すように、複数の圧力室24がキャビティプレート36の長辺(前記X方向)と平行な2列に配列されている。実施形態では、前記各圧力室24は、図3及び図4に示すように、平面視細長形状でその長手方向がキャビティプレート36の短辺方向(Y方向)に沿うようにキャビティプレート36の板厚を貫通して穿設されている。各圧力室24の長手方向の一端24aには連通孔28が接続され、この一端24aは連通孔28及び接続流路29を介して共通インク室25と連通している。各圧力室24の長手方向の他端24bは、ベースプレート35、サプライプレート34と2枚のマニホールドプレート33a、33b、及びスペーサプレート31に穿設されている貫通路26を介して、ノズルプレート30における前記各ノズル23に連通している。
In the
圧力室24は、図4に示すように、幅寸法W、深さ寸法Dを有しているが、前述したようにキャビティプレート36の板厚を貫通して形成されているので、圧力室24の深さ寸法Dは、キャビティプレート36の厚み寸法T1と同じである。圧力室24のインクの流れに直角な断面積は、前記幅寸法W、深さ寸法Dで決定される(図4及び図5(a)参照)。圧力室24は、インクに大きな吐出圧力を与えるためにはアクチュエータの動作に伴う断面積の変化率を大きくする必要があり、W>Dの関係に設定され、具体的には、幅寸法Wは、ほぼ250μm〜300μm、深さ寸法Dは、ほぼ40μm〜60μmである。そのため圧力室24の断面はインクの流れに略直角な方向に長い扁平形状に形成されており、詳細には、縦横比(D/W)が0.4以下(好ましくはほぼ0.2)の扁平性の高い形状になっている。
As shown in FIG. 4, the
キャビティプレート36の下面に隣接するベースプレート35には、各圧力室24の一端24aに接続する連通孔28が圧力室24毎にそれぞれ穿設されており、連通孔28では、アクチュエータ21に向かうようにインクが流れる(図2及び図3参照)。ベースプレート35は、キャビティユニット全体に剛性を与えるために、キャビティプレート36よりも厚いプレート(厚み寸法T2)であることが好ましいが、その厚さT2よりも小さい直径の連通孔28を穿設することは困難である。この第1実施形態では、連通孔28は、その中心軸線Oと略直角な断面積が、圧力室24の一端24aに向かいかつ圧力室24でのインク流れ方向に沿って順次大きくなっており、断面積の相違する2つの連通孔28a、28bを組み合わせて構成されている。連通孔28a、28bの断面積は、圧力室に近い側(出口側)の連通孔28aが、遠い側(入口側)の連通孔28bの1.5倍以上になっている。
In the
詳細には、図4及び図5(b)に示すように、平面視長孔形状で圧力室24の幅寸法Wよりも狭い溝状の凹部として形成された連通孔28aと、平面視円形状の連通孔28bとを備え、連通孔28bが中心軸線O上を中心に配置され、連通孔28aは、連通孔28bに積層方向に重ねられ且つ中心軸線Oに対して圧力室24の他端24b側に延びるように配置されている。これにより、図5(a)に示すように、連通孔28から圧力室24にかけて、段階的に扁平性が高まるようにするとともに、インクが略直角に流れの向きを変える際に、緩やかに曲がるようにしている。なお、下側の連通孔28bは、その深さ寸法をベースプレート35の板厚の半分程度に設定することで、内径が広がらずに加工することができる。
Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5B, a
ベースプレート35の下面に隣接するサプライプレート34には、共通インク室25から前記各圧力室24へインクを供給するための接続流路29が設けられる。そして各接続流路29には、共通インク室25からインクが入る入口孔と、連通孔28と対向して開口する出口孔と、入口孔と出口孔との間にあって、接続流路29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。接続流路29の一端は共通インク室25に、他端は連通孔28を介して圧力室24にそれぞれ連通している。この絞り部は、ノズル23からインクを吐出させるために、圧力室24が吐出圧力を受けたときに、共通インク室25側へのインクの後退を防止し、効率よくインクをノズル23側に前進させるために設けたものである。なお、図2、図3、及び図4に示すような絞り部を有する接続流路29に代えて下側の連通孔28bで所定の流路抵抗が得られるならば、連通孔28のみで構成してもよい。
The
2枚のマニホールドプレート33a,33bには、その長辺方向(X方向)に沿って長い2つの共通インク室25が前記ノズル23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3に示すように、2枚のマニホールドプレート33a、33bを積層し、かつその上面をサプライプレート34にて覆い、下面をスペーサプレート31にて覆うことにより、合計2つの共通インク室(マニホールド室)25が形成される。各共通インク室25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24の一部と重なって圧力室24の列方向(ノズル23の列方向)に沿って長く延びている。
The two
また、図2に示すように、キャビティプレート36、ベースプレート35、及びサプライプレート34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2つのインク供給口40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40から共通インク室25の一端部に供給されるようになっている。また、インク供給口40には、フィルタ体40aが接着剤等で貼着されている。
In addition, as shown in FIG. 2, two
キャビティユニット20におけるインク流通路では、インクは、インク供給口40から共通インク室25に供給された後、図3に示すように、サプライプレート34の接続流路29及びベースプレート35の連通孔28を経由して各圧力室24に分配供給される。そして、インクは各圧力室24内から前記貫通路26を通って、その圧力室24に対応するノズル23に至るという構成になっている。
In the ink flow path in the
一方、前記圧電アクチュエータ21には、特開平4−341853号公報等に開示された公知のものと同様に、全ての圧力室24にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、この複数のセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられている。ここでは、セラミックス粉末、バインダ、溶剤を混合したものを1枚の厚さが30μm程度になるように扁平に成形した圧電セラミックス素材のシート(グリーンシート)の複数枚のうち適数枚のシート面に導電性ペーストで電極層を印刷法等によって形成し、その複数枚のグリーンシートを積層して焼成することで、圧電アクチュエータ21を形成している。これにより、各グリーンシートは、焼結体のセラミックス層となる。
On the other hand, the
電極層としては、圧力室24毎に形成される個別電極の電極層と、複数の圧力室24に跨って形成されるコモン電極の電極層とがセラミックス層の積層方向に対をなす駆動用電極の層と、最上面に配置されフレキシブルフラットケーブル22と電気的に接続される表面電極46の層とが設けられている(図1参照)。このように電極層が設けられた圧電アクチュエータ21では、公知のように個別電極とコモン電極との間に高電圧を印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層の部分が分極され、活性部として形成される。
As the electrode layer, an electrode layer for each electrode formed for each
このように形成された圧電アクチュエータ21は、個別電極を圧力室24に対応させて各圧力室24を覆ってキャビティプレート36上に固着される。個別電極とコモン電極との間に駆動電圧を選択的に印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層の部分が変形して、圧力室24に容積変化を生じさせる。その結果、圧力室内のインクに吐出圧力を与え、インクをノズル23から吐出させる。
The
このように構成されたインクジェットヘッド1では、前述のように圧力室24に流れ込むインクは、連通孔28を上昇して圧電アクチュエータ21に当たって略直角に向きを変え、圧力室24の一端24aから圧力室24の他端24bに向けて流れる。このとき、連通孔28における圧力室24側に開口する端部の断面積が、これより上流側の連通孔の断面積よりも大きく、この断面積が大きくなるに際して、圧力室24における下流側に向けて大きく広がっているから、図5(a)に示すように、連通孔28から圧力室24に向けてインクが曲がるコーナー部分の内回り側の角が削られた状態となっている。そのため、インクが圧力室24に略直角に向きを変えて入り込むときに、緩やかにカーブしながら曲がることに加えて、連通孔28から圧力室24へ急激に扁平性が高まるのではなく段階的に高まるため、パージ処理による圧力により、気泡を圧力室でのインク流れ方向に沿って順次変形させ、圧力室24に容易に流入させることができる。つまり、比較的小さいパージ処理の圧力で短時間に気泡を排出することができるのである。
In the
上記実施形態では、インクジェットヘッドを、ノズル23が下に向くように水平に配置し、連通孔28から鉛直上方に気泡が浮上する場合について説明したが、ノズル23が横向きあるいは上向きになるようにインクジェットヘッドを配置した場合でも、パージ処理によってインクが加圧されると、同様にインクや気泡は流れるので、同じ効果が得られる。
In the above-described embodiment, the case where the inkjet head is arranged horizontally so that the
第1実施形態のように、キャビティユニット20のプレートが金属製の場合には、インク流通路を構成するための凹所や貫通穴等は、ウエットエッチング法で加工されることが多い。ウエットエッチング法では、エッチングがプレートの板厚方向と同じ速度でプレートの面方向にも進行するから、板厚よりも小さい内径の凹所や貫通穴等の加工は極めて困難である。そのため、キャビティユニット20全体の剛性を高めるために、連通孔28が形成されているベースプレート35の板厚T2を厚くすると、連通孔28の直径L(図10(c)参照)も大きくならざるを得ない。一方、圧力室24を有するキャビティティプレート36は、アクチュエータの動作に伴う圧力室24の断面積の変化率を大きくするために板厚T1が薄くなり、圧力室24でのインクの流れに直角な断面は、扁平な形状となる。「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、連通孔28内で深さDよりも大きく成長した気泡は、パージ処理の圧力によっても圧力室24の扁平な形状に沿うように変形しにくいので、パージ処理に用いるポンプが大型化し、排出するインク量も多くなる。第1実施形態では、連通孔28に大きな気泡が停滞していても、パージ処理を行うことで、簡単に、即ち短時間で排出できるので、気泡とともに排出されるインク量を抑制でき、インクの無駄な消費を防止できる。さらに、パージ処理に用いるポンプの圧力も低減できるため、ポンプの能力を低くして部品コストの削減も可能となる。
When the plate of the
上記実施形態では、アクチュエータとして圧電式のものを例示したが、圧電式に限定するものではなく、静電気など他の駆動方式のものにも適用することができる。 In the above embodiment, the actuator is exemplified as a piezoelectric type, but is not limited to the piezoelectric type, and can be applied to other driving methods such as static electricity.
本発明の連通孔28は、上記第1実施形態だけでなく、様々な形態に応用させることができる。以下に、他の実施形態について図面を用いて説明する。第1実施形態と同じ構成には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
The
第2実施形態の連通孔28は、図6(a)及び図6(b)に示すように、第1実施形態と同様にベースプレート35に連通孔28を、平面視長孔形状の連通孔28aと平面視円形状の連通孔28bとを積層方向に連通させて形成した形態であるが、圧力室24が形成されたキャビティプレート36で、連通孔28aの開口の一部を覆うようにしている。これにより、第1実施形態と同様に、連通孔28から圧力室24にかけてインクが緩やかにカーブして向きを変えるとともに、圧力室24に向かっての急激な扁平率の変化を防いでいる。
As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the
第3実施形態の連通孔28は、図7(a)及び図7(b)に示すように、第2実施形態の連通孔28の一部を変形した形態であって、連通孔28aの形状が、積層方向からの平面視において、インクの流れの下流側の幅寸法が上流側の幅寸法よりも細くなるテーパ形状の長孔に形成されている。これにより、インクが連通孔28aを通る際に、その流速が下流側に向かって高められ、気泡の圧力室24への流入を促進させることができる。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
第4実施形態の連通孔28は、図8(a)及び図8(b)に示すように、連通孔28が形成されるベースプレート35の表裏面から、それぞれ孔部(連通孔28aと連通孔28bになる孔部)をウエットエッチングで加工し、ベースプレート35の厚さ方向の中途にて、両方の孔部が繋がるようにして連通孔28を形成している。金属プレートにウエットエッチングで孔部を加工すると、孔部はその底面に向かって緩やかに縮径された形状となるので、連通孔28におけるインクの流れる方向の中途には内径が細く窄まった縮径部が容易に形成できる。また、連通孔28aの中心軸線は、連通孔28bの中心軸線に対して、あらかじめ圧力室24でのインクの流れの下流側にずらして加工が行われている。従って、連通孔28を流れるインクは、連通孔28bから連通孔28aを経て圧力室24に流れ込むときに緩やかに屈曲することができ、気泡の排出を促進できる。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the communication holes 28 according to the fourth embodiment are respectively provided with holes (
第5実施形態の連通孔28は、図9(a)及び図9(b)に示すように、平面視長孔形状を有する連通孔28aの内壁面のうちの圧力室24の他端24b側の面が、連通孔28bと繋がる底面から圧力室24に対して開口する端部(端面)に向かって拡径するテーパ形状に形成されている。つまり、連通孔28から圧力室24へ向け連続的に扁平率を変化させ、これにより、気泡を変形しやすくし排出を促進できる。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the
さらに、図9(b)に示すように、圧力室24の一端24aの幅を、その下流側の圧力室の部分の幅Wよりも小さく、連通孔28の開口端の大きさに近い寸法にするようにしてもよい。このようにすることにより、連通孔28から圧力室24の一端24aへ流れるインクに比較的速い流れを形成し、気泡をより効果的に下流側へ押し流すことができる。この圧力室24の一端24aの形状は、前述の他の実施形態にも適用できる。
Further, as shown in FIG. 9B, the width of the one
各実施形態においては、連通孔28の上下の孔28a,28bを一枚のプレートに形成したが、上下の孔28a,28bをそれぞれ別々のプレートに形成して積層するようにしてもよい。
In each embodiment, the upper and
本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、これらを変形したり組み合わせたりした形態が可能であることは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and forms in which these are modified or combined are possible.
1 インクジェットヘッド
20 キャビティユニット
21 圧電アクチュエータ
22 フレキシブルフラットケーブル
23 ノズル
24 圧力室
24a 一端部
24b 他端部
25 共通インク室
26 貫通路
28(28a、28b) 連通孔
28d 端部
29 接続流路
30 ノズルプレート
35 ベースプレート
36 キャビティプレート
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記圧力室は前記連通孔と接続する一端から前記ノズルと接続する他端へ向けインクを流すように形成され、且つ前記連通孔は前記圧力室の一端に対してその圧力室でのインクの流れ方向と略直角方向に開口形成されて、前記連通孔を経たインクが前記圧力室の一端にて流れる方向を略直角に屈曲させるように構成されているインクジェットヘッドであって、
前記圧力室におけるインクの流れに略直角な断面のうち、前記圧力室の一端の断面は、前記連通孔の中心軸線方向の深さがそれと略直角方向の幅よりも小さい扁平に形成され、
前記連通孔の前記中心軸線と略直角な断面積は、前記圧力室の一端に向かい且つその圧力室でのインク流れ方向に順次大きくなっていることを特徴とするインクジェットヘッド。 A pressure chamber provided corresponding to each of a plurality of nozzles for discharging ink, a common ink chamber for distributing ink to the plurality of pressure chambers, and a communication hole connecting the common ink chamber and the pressure chamber A cavity unit, and an actuator that applies discharge pressure to the ink filled in the pressure chamber,
The pressure chamber is formed so that ink flows from one end connected to the communication hole to the other end connected to the nozzle, and the communication hole flows the ink in the pressure chamber with respect to one end of the pressure chamber. An ink jet head configured to bend substantially perpendicularly to a direction in which the ink flowing through the communication hole flows at one end of the pressure chamber, the opening being formed in a direction substantially perpendicular to the direction;
Of the cross section substantially perpendicular to the ink flow in the pressure chamber, the cross section of one end of the pressure chamber is formed in a flat shape in which the depth in the central axis direction of the communication hole is smaller than the width in a direction substantially perpendicular thereto.
The inkjet head according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the communication hole substantially perpendicular to the central axis is sequentially increased toward one end of the pressure chamber and in an ink flow direction in the pressure chamber.
The inkjet head according to claim 2, wherein the plate forming the communication hole is thicker in the stacking direction than the plate forming the pressure chamber.
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