JP3541869B2 - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術の分野】
本発明は、記録媒体にインク滴を吐出して記録画像を形成するインクジェット式記録ヘッド、より詳細には圧力発生室等の流路を形成するスペーサの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノズルと連通する圧力発生室の壁面に弾性板を積層し、この弾性板を圧電振動子により加圧することによりインク滴を吐出し記録媒体に記録するインクジェット式記録ヘッドは、例えば特開平7-323543号公報に見られるようにノズルを有するノズルプレートと、圧力発生室とリザーバ及びインク流路が形成されたスペーサ部材と、弾性板をサンドイッチ状に積層し、この弾性板を圧電振動子により弾性変形させて、圧力発生室を膨張、収縮させるように構成されている。
【０００３】
リザーバは、２列の圧力発生室の外周を取り囲むように略Ｕ字状に形成されていて、中央部に導入口が接続するように構成されている。 このような構成によれば、２列の圧力発生室を使用して高密度印刷が可能となるものの、カラー印刷のように複数種のインクを使用する記録ヘッドにあっては、インク種の数だけ記録ヘッドを用意せねばならず、記録ヘッドの幅方向のサイズが非常に大きくなるという問題がある。
【０００４】
このような問題を解消するため、特開平9-226112号公報に見られるように、複数の圧力発生室を列状に形成するとともに、各列の圧力発生室にインク供給口を介して連通するリザーバを形成したスペーサと、圧力発生室に連通するノズル開口が穿設されたノズルプレートと、圧力発生室、及びリザーバを封止する弾性板とを積層して構成された流路ユニットと、圧力発生室に対向する領域の弾性板を変位させる加圧手段と、流路ユニットと加圧手段とを固定するとともに、リザーバにインクを注入するインク誘導路を備えたヘッドホルダとを備え、インク誘導路と対向する領域に圧力発生室を区画するのと同様の隔壁を形成し、この隔壁でインク誘導路の開口を支持する記録ヘッドを提案されている。
【０００５】
【解決しようとする課題】
これによれば、記録ヘッドの幅方向のサイズを可及的に小さくでき、かつ各列の圧力発生室にそれぞれ独立にインクを供給することが可能となるものの、リザーバが隔壁により分断されるため、リザーバのコンプライアンスに偏りが生じたり、またインクの流入量が領域によってばらつく等の不都合がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは記録ヘッドの幅方向のサイズの拡大を招くこと無く、リザーバ全体にインクを安定に供給でき、かつリザーバ全体にコンプライアンスを付与すことができるインクジェット式記録ヘッドを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、複数の圧力発生室を列状に形成するとともに、各列の圧力発生室にインク供給口を介して連通し、かつ前記インク供給口と接続するとともに本体部の外周端よりも前記インク供給口側に位置するインク導入口を有するリザーバを備えたスペーサと、前記圧力発生室に連通するノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記リザーバを封止する弾性板とを積層して構成された流路ユニットと、前記圧力発生室のインクを加圧する加圧手段と、前記流路ユニットを固定するとともに、前記リザーバにインクを注入するインク誘導路が形成されたヘッドホルダとを備え、前記スペーサが、列状に配列された前記複数の圧力発生室の配列方向と直交する方向に前記インク誘導路の開口を横断し、かつ前記開口の周縁の支持領域と前記リザーバの前記インク供給口側との間に接続流路が形成された少なくとも１つの枝部を有し、前記開口の周辺にも前記弾性板によるコンプライアンスが付与されるようにした。
【０００７】
【作用】
ヘッドホルダとの接着の過程で、インク誘導路の開口の近傍をスペーサの枝部により支持でき、また枝部の接続流路によりリザーバ内でのインクの流通を確保し、さらにインク誘導路の開口周縁にもコンプライアンスを確保してコンプライアンスの偏りを無くす。
【０００８】
【発明の実施の形態】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の記録ヘッドの一実施例を示すものであって、ノズル開口１、インク供給口２、リザーバ３、及び圧力発生室４を形成する流路形成ユニット５をヘッドホルダ６の一端に固定するとともに、このユニット５の各列の圧力発生室４に対向する位置に圧電振動子７、７、７、…の先端が当接するように圧電振動子ユニット８をヘッドホルダ６に固定して構成されている。
【０００９】
ヘッドホルダ６は、図２に示したように圧力発生室４に対向する位置に圧電振動子７、７、７、…を露出させる窓９が、またリザーバ３に対向する領域には弾性板１０の変形を可能ならしめる凹部１１が形成され、さらにリザーバ３の中心部と対向する位置にはインク誘導路１２の先端の開口１３が形成して構成されている。
【００１０】
流路ユニット５は、圧力発生室２に連通するノズル開口１を備えたノズルプレート１４と、リザーバ３、インク供給口２、及び圧力発生室４を形成するスペーサ１５と、少なくともリザーバ３、インク供給口２、及び圧力発生室４を封止し、かつリザーバ３、及び圧力発生室４の領域で弾性変形可能な弾性膜にヘッドホルダ６の開口１３とリザーバ３とを接続するインク導入口１６を穿設してなる弾性板１０とをサンドイッチ状に積層して構成されている。
【００１１】
弾性板１０は、この実施例では圧電振動子７の変位を圧力発生室の容積変化に変換するために各圧力発生室の中心線上に剛性を備えたアイランド部１７が形成されている。
【００１２】
図３は、スペーサ１５の一実施例を示すものであって、中心線を対称線とするように圧力発生室４、４、４、…が２列一定のピッチで形成され、各列の圧力発生室２、２、２、…の外側にはそれぞれ独立してリザーバ３、３が形成され、インク供給口２、２、２…を介してリザーバ３、３と各列の圧力発生室４、４、４、…が接続されている。
【００１３】
リザーバ３は、中心点を対称点とするように両側が若干狭くなるように羽型に形成され、また中心部にはヘッドホルダ６のインク誘導路１２に接続する凹部１８を突出部１９により区画して形成されている。この凹部１８は、リザーバ３の最外側よりも内側、つまり圧力発生室側に位置するように形成されている。これにより、記録ヘッド全体の幅を小さくして小型化を図ることが可能となる。
【００１４】
また、凹部１８の中心線にはインク供給口２、２、２、…が形成されている領域に延びる枝部２０が少なくとも１本が形成されている。
【００１５】
そして図４に示したようにヘッドホルダ６の開口１３の周縁が対向する領域よりもインク供給口２の側にはインクの流通が可能な程度の段差部からなる接続流路２１が形成されている。
【００１６】
このスペーサ１５は、周知のように所定厚に切り出されたシリコン単結晶基板を用い、リザーバ３、凹部１８等を異方性フルエッチングにより貫通孔として形成し、また圧力発生室４や接続流路２１を異方性ハーフエッチングで形成することにより構成できる。
【００１７】
また、エッチング可能で、かつインクに耐蝕性を持つ金属やガラス等の板材を用い、これに貫通領域や凹部をエッチングにより形成したり、また少なくとも凹部の底面を境とするように厚み方向に複数の層に分解し、各層の貫通孔に一致する貫通孔を形成したエッチングフィルムを積層することにより構成することができる。
【００１８】
この実施例において、スペーサ１５の一方の面にノズルプレート１４を、また他方の面に弾性板１０を接着剤等により液密に固定して流路形成ユニット５を構成する。
【００１９】
この流路形成ユニット５のインク導入口１６をヘッドホルダ６のインク誘導路１２の開口１３に位置合わせして接着剤等によりヘッドホルダ６に固定し、また圧電振動子７の先端が弾性板１０のアイランド部１７に当接するように圧電振動子ユニット８をヘッドホルダ６に固定し、さらにヘッドホルダ６の他方の面にインク供給針２２やフィルタ２３を取り付けて外側をシールド部材を兼ねる枠体２４で固定すると記録ヘッドが完成する。
【００２０】
ところで、流路ユニット５とヘッドホルダ６との接着の過程で、インク導入路１６の開口１３の周縁の内、少なくともリザーバ３の側には枝部２０が形成されているから、幅方向の２点で支持されるため、インク誘導路１２の開口１３の周辺の弾性板１０がヘッドホルダ６に確実に接着され、液密構造が確保される。
【００２１】
このように構成された記録ヘッドに駆動信号を印加すると、圧電振動子７が収縮して圧力発生室４が膨張する。これによりリザーバ３のインクがインク供給口２から圧力発生室４に流れ込む。所定時間が経過した段階で圧電振動子７を放電させると、圧電振動子７が伸長して元の状態に復帰する。この過程で圧力発生室４が圧縮されて圧力発生室４のインクの一部がノズル開口１からインク滴として吐出し、また残部がインク供給口２からリザーバ３に逆流する。
【００２２】
リザーバ３に逆流したインクは、リザーバ３の圧力を上昇させることになるが、リザーバ３の一方の面はフィルム等の弾性変形可能な弾性板１０により封止され、かつヘッドホルダ６の対向する面に凹部１１が形成されているから、弾性板１０が圧力変動に応動して弾性変形し、圧力上昇分を吸収する。
【００２３】
そしてインク誘導路１２の開口１３の近傍の枝部２０には接続流路２１として凹部が形成されているから、ここの領域の弾性板１０も弾性変形することができて、インク誘導路１２の開口１３の周縁でのコンプライアンスの低下が可及的に小さく、圧力上昇分が吸収される。
【００２４】
このようにしてリザーバ３のインクが消費されると、インク供給針２２により接続されている図示しないインクカートリッジのインクがヘッドホルダ６のインク誘導路１２を経由してインク導入口１３から凹部１８に流れ込み両側のリザーバ１３に分流し、また接続流路２１を介して枝部２０の両側のインク量が平均化される。
【００２５】
なお、上述の実施例においては枝部２０のヘッドホルダ６側にのみ接続流路２０となる凹部を形成したが、図５に示したようにノズルプレート１４の側にも凹部からなる第２の接続流路２１’を形成すると、枝部２０による流体抵抗を下げることができる。
【００２６】
また上述の実施例においてはリザーバ３を横断するように枝部２０を形成しているが、図６（イ）に示したように少なくともヘッドホルダ６の開口１３の周縁の一部に当接できる位置までとして、インク供給口２の側の隔壁との間に欠部を設けて接続流路２５を形成しても同様の作用を奏する。
【００２７】
さらに図６（ロ）に示したように枝部２０のヘッドホルダ６の開口１３と当接する領域２０’よりも内側（図中クロスハッチングにより示す領域）に凹部を形成して流体抵抗を下げるのが望ましい。
【００２８】
図７、図８は本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の実施例をスペーサの構造で示すものであって、この実施例においてはリザーバ３の幅方向（図中、水平方向）を横断するように複数の枝部２６、２６、２６、…、２６’、２６’、２６’、…を形成するとともに、ヘッドフレーム６のインク誘導路１２の開口１３の周縁と対向する枝部２６、２６、２６、…は、開口１３の当接領域よりもインク供給口２の側に段差を設けて接続流路２７が形成され、また開口１３から外れる領域の枝部２６’、２６’、２６’、…には少なくとも片面、望ましくは両面の全体に凹部を形成して連通流路が確保されている。
【００２９】
また枝部２６、２６、２６、…は、圧力発生室４を区画する隔壁４’の延長線上に位置するように形成すると、スペーサをシリコン単結晶基板を異方性エッチングして構成する際、隔壁４’に隣接して形成するインク供給口２の過剰なエッチングを防止するための細いダミーのパターン、いわゆる補正パターンを不要とすることができる。
【００３０】
また隔壁４’の延長線上に枝部２６、２６、２６、…を形成するとともに、その間隔を狭くするほどリザーバのインクの流れを圧力発生室側に向かわせることができて、リザーバに侵入した気泡が排除し易くなる。
【００３１】
さらに枝部２６、２６、２６、…を各隔壁に一致させるか、または隔壁４’の本数の整数倍プラス１だけ形成すると、全ての圧力発生室４、及びインク供給口２に対するリザーバ３の部分構造が均一化されるため、全ての圧力発生室のインク滴吐出特性の均質化を図ることができる。
【００３２】
一方、ヘッドホルダ６のインク誘導路１２の開口部２８は、図９（イ）に示したようリザーバ３の外側の境界にほぼ一致するように楕円形として形成されたり、また図９（ロ）に示したようにインク誘導路１２の途中から端部に向けて断面三角形状の流路１２’として形成して端部で楕円形となるように形成されたり、晒に図９（ハ）に示したように流路１２を複数の流路１２’、１２’として形成すると、開口２８を長尺化でき、多数ノズルの記録ヘッドのリザーバにも安定にインクを供給することができる。
【００３３】
一方、リザーバ３との接続領域が拡大された結果、ヘッドホルダ６は、図１０に示したように楕円形の開口２８を取り囲むようにインク供給口２側に位置する細長い凹部２９を形成して、弾性板１０のリザーバ３に対向する領域を弾性変形可能ならしめてインク供給口２の周辺にもコンプライアンスを発現させるように構成されている。
【００３４】
この実施例によれば、インク誘導路１２の先端に拡開して形成された開口２８の周縁をスペーサ１５の本体部と、複数の枝部２６により支持でき、またインク誘導路１２を流れて来たインクを楕円形の開口２８によりインクをリザーバ３の全体に分散させて供給することができる。
【００３５】
そして、特に図１１に示したように、リザーバ３を矩形状に形成するとともに、その長手方向（図中、上下方向）の両端近傍まで枝部２６、２６、２６、…を形成することにより、ここを封止する弾性板１０が寄与するリザーバのコンプライアンスを均一化でき、各ノズル開口１、１、１、…からのインク滴の吐出特性を均一にすることができる。
【００３６】
このようにリザーバ３の両端近傍にまで枝部を形成すると、前述したようにリザーバ内でのインクの流れを可及的に圧力発生室側に向かわせることができるため、図７に示したようにリザーバ３の両端部を先細り状に形成する必要がなく、リザーバ３のコンプライアンスの場所による相違、つまり中央部と両端部とでの相違を無くすることができる。
【００３７】
なお、上述の実施例においては、圧力発生室の容積を圧電振動子の伸縮により変化させてインクを加圧するものに例を採って説明したが、圧力発生室のインクを加熱して気化させる加熱素子を圧力発生手段に用いた記録ヘッドのリザーバ構造に適用しても同様の作用を奏することは明らかである。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、記録ヘッドの幅方向のサイズの拡大を招くこと無く、リザーバ全体にインクを安定に供給でき、かつリザーバ全体にコンプライアンスを付与することがきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す断面図である。
【図２】同上記録ヘッドの組立て斜視図である。
【図３】スペーサの一実施例を示す平面図である。
【図４】同上スペーサの、ヘッドホルダのインク誘導路の開口と対向する領域を拡大して示す平面図である。
【図５】ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す断面図である。
【図６】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実施例を、ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施例を、スペーサの構造で示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施例を、スペーサの構造で示す平面図である。
【図９】図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ同上記録ヘッドに適したヘッドホルダのインク誘導路の実施例を示す断面図である。
【図１０】同上記録ヘッドの組立斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施例を、スペーサの構造で示す平面図である。
【符号の説明】
３ リザーバ
４ 圧力発生室
５ 流路ユニット
６ ヘッドホルダ
７ 圧電振動子
１０ 弾性板
１２ インク誘導路
１３ 開口
１４ ノズルプレート
１５ スペーサ
１６ インク導入口
１８ 凹部
２０ 枝部
２１ 接続流路

Claims (16)

1. 複数の圧力発生室を列状に形成するとともに、各列の圧力発生室にインク供給口を介して連通し、かつ前記インク供給口と接続するとともに本体部の外周端よりも前記インク供給口側に位置するインク導入口を有するリザーバを備えたスペーサと、前記圧力発生室に連通するノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記リザーバを封止する弾性板とを積層して構成された流路ユニットと、
   前記圧力発生室のインクを加圧する加圧手段と、
   前記流路ユニットを固定するとともに、前記リザーバにインクを注入するインク誘導路が形成されたヘッドホルダとを備え、
   前記スペーサが、列状に配列された前記複数の圧力発生室の配列方向と直交する方向に前記インク誘導路の開口を横断し、かつ前記開口の周縁の支持領域と前記リザーバの前記インク供給口側との間に接続流路が形成された少なくとも１つの枝部を有し、前記開口の周辺にも前記弾性板によるコンプライアンスが付与されているインクジェット式記録ヘッド。
2. 前記ヘッドホルダが、前記リザーバに対向する領域に、前記弾性板を弾性変形可能ならしめる凹部が形成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
3. 前記弾性板が、前記圧力発生室をも封止している請求項１、または請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッド。
4. 前記ヘッドホルダが、外部のインク供給手段から前記リザーバにインクを供給するインク誘導路を有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
5. 前記スペーサが、シリコン単結晶基板を異方性エッチングして構成され、前記接続流路がシリコン単結晶基板のハーフエッチングにより形成されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
6. 前記枝部が前記インク誘導路の開口と対向する領域に複数形成されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
7. 前記接続流路が凹部として前記ノズルプレート側と前記弾性板側との両面に形成されている請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
8. 前記接続流路が切欠きとして形成されている請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
9. 前記開口が前記リザーバの長手方向を長軸とする楕円形として形成されている請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
10. 前記枝部が前記リザーバの長手方向の両端近傍まで形成されている請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
11. 前記加圧手段が、圧電振動子である請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
12. 前記加圧手段が、前記圧力発生室のインクを気化させる加熱素子により構成されている請求項１、請求項２、請求項４乃至請求項１０のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
13. 前記支持領域以外の前記開口部も接続流路となる前記枝部を有する請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
14. 前記スペーサが、インクに対して耐蝕性を有する金属板のエッチングにより形成されている請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
15. 前記スペーサが、インクに対して耐蝕性を有するガラス、または感光性ガラスのエッチングにより形成されている請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
16. 前記枝部が、前記圧力発生室を区画する隔壁の延長線上に形成されている請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。

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