JP3719169B2 - Inkjet printer head - Google Patents
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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圧電式インクジェットプリンタヘッドにおいては、特開平8−25631号公報に記載されているように、複数個のノズルが列状に形成されたノズルプレートと、振動板との間に配置され、ノズル列に対応するように配置された圧力室、リザーバ、それらを接続するインク供給口、インクタンクからのインクを各リザーバに分配する流路等を備えたスペーサプレートと、前記振動板を前記圧力室毎に選択的に駆動させて、その圧力室を収縮膨張させて圧力室内のインクをノズル方向に送り、ノズルからインク滴を被記録媒体に吐出させるための圧電素子ユニットとからなるインクジェットプリンタヘッドが開示されている。
【0003】
そして、前記公報にも開示されているように、印字性能を高め且つヘッドを小型化するためには、ノズル列の間隔を狭くする必要があり、他方、圧電素子ユニットのエネルギーを効率良く使用するためには、圧力室を可及的に大きくする必要があり、これらは相反する要請である。この問題を解決するため、前記圧力室の配置間隔を狭くし、且つ圧力室の長手方向の寸法を大きくして圧力室の容積を大きくする必要がある。この要請に従って、隣り合う圧力室間を隔てる(区画する)壁部(桁)の幅寸法も可及的に短くすると、該壁部(桁)の剛性が小さくなり、製造工程中のスペーサプレートの取り扱い中に前記壁部が塑性変形し易くなり、インクジェットヘッドの製造歩留りが悪化するという問題があった。
【0004】
この問題を解決するため、前記先行技術では、シリコン単結晶材からなるスペーサプレートにおける圧力室を、エッチングにより、リザーバからノズル方向に沿って長く形成し、且つ、その長手方向の中途部には、圧力室の一方の壁面と他方の壁面とを連結する薄肉状のブリッジを、前記リザーバからノズル方向に斜め方向に延ばすように形成することを提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の構成では、前記ブリッジの圧力室の壁面との連結の付け根部分の角度は、その一方の壁面に対して鈍角である一方、他方の壁面に対しては鋭角となる。ところで、前記圧力室の長手方向に沿って流れるインク流の速度分布は、水力学(流体力学)の粘性流体の層流または乱流による一般的原則に従い、壁面で速度が零であり、両壁面間の略中央部で速度が最大となる凸湾曲状で示される。
【0006】
従って、いずれにしても、ブリッジにおけるインク流の上流側側面と、前記壁面との連結付け根部近傍でのインク流の速度が極めて遅いから、インクに載って運ばれる気泡は、連結付け根部近傍に滞留し易い。特に、前記連結付け根部の角度が鋭角状の箇所では、滞留した気泡の数が多くなると、体積の大きい気泡に成長して、その気泡がノズルに到達すると、いわゆるノズル詰まりが発生し、印字不良となるという問題を解消できなかった。
【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第1の方向に列状に備えたキャビティプレートユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを吐出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、前記各圧力室の中途部には、前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って延びる一対の側壁間を薄肉状のブリッジにて連結し、該各ブリッジにおけるノズル方向へのインクの流れに対して対面する上流側側壁と前記一対の側壁とのなす夾角を、鈍角になるように設定したものである。
【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、前記各ブリッジにおけるノズル方向へのインクの流れに対して対面する上流側側壁を、前記一対の側壁間の略中央部寄りに行くに従って、前記ノズル方向へのインクの流れの下流側に向くように傾斜形成させたものである。
【0010】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記各ブリッジにおける前記一対の側壁間の略中央部の平面視形状を、前記ノズル方向へのインクの流れの下流側に向かって略V字状またはU字状に形成したものである。
【0011】
【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7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10に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ20の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル40が重ね接合されているものであり、キャビティユニット10の下面側に開口されたノズル54から下向きにインクが吐出するものとする。
【0012】
実施の形態によるキャビティユニット10は、図3及び図4に示すように構成されている。すなわち、ノズルプレート43、ダンパープレート11、マニホールドプレート12、スペーサプレート13及びキャビティプレート14の五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、ノズルプレート43を除く各プレート11、12、13、14は42%ニッケル合金鋼板製で、50μm〜150μm程度の厚さである。この各プレートには、エッチング等により、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。前記ノズルプレート43には、微小径のインク噴出用のノズル54が、当該ノズルプレート43における第1の方向(長辺方向)に沿って2列の千鳥配列状に設けられている。即ち、ノズルプレート43の前記第1の方向と平行な2つの基準線43a、43bに沿って、微小ピッチPの間隔で千鳥状配列にて多数個のノズル54が穿設されている。
【0013】
また、前記各ノズル54に対応する後述の圧力室16と、後述する圧電アクチュエータ20における圧電素子の活性部とは各プレートの平面視において上下に重なり対応する位置となるように配列され、前記各圧力室16は前記第1の方向と交差(直交)する方向に延びるように形成されて、圧力室16の列は前記第1の方向に沿って延びる。そして、前記マニホールドプレート12には、インク通路としての一対のマニホールド室12a、12aが、前記ノズル54の列の両側に沿って延びるように穿設されている。その場合、この各マニホールド室12aは、プレートの平面視において、前記圧力室16の列と重なり且つ圧力室16の列を跨ぐように延びている(図3及び図4参照)。
【0014】
このマニホールドプレート12における各マニホールド室12aは、当該マニホールドプレート12の下面側に薄い厚さの底板12bを残して上側のスペーサプレート13に向かって開放された凹部により形成され、当該スペーサプレート13の下面とマニホールドプレート12の上面とを接着することにより、密閉される構造になっている(図6参照)。
【0015】
また、前記キャビティプレート14には、その長辺(前記第1の方向)に沿う中心線に対して直交する第2の方向(短辺方向)に延びる細幅の圧力室16の多数個が穿設されている。後述するように、エッチング加工により、各圧力室16の大部分(他端16b及びブリッジ57を除く)がキャビティプレート14の板厚方向に貫通するように形成され、キャビティプレート14をスペーサプレート13と、圧電アクチュエータ20における下面(圧力室16と対面する広幅面)全体の接着剤層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41とによって挟まれて密閉状の圧力室16が形成されるものである(図6参照)。
【0016】
キャビティプレートの第1の方向に沿う前記中心線を挟んで左右両側にて平行状の長手基準線14a、14bを設定すると、前記中心線より左側の圧力室16の先端16aは前記左側の長手基準線14a上に位置し、逆に前記長手中心線より右側の圧力室16の先端16aは前記右側の長手基準線14b上に位置し、且つこの左右の圧力室16の先端16aが交互に配置されているので、左右両側の圧力室16は一つおきに互いに逆方向に延びるように交互に配置されていることになる(図4参照)。
【0017】
この各圧力室16の先端16aは、前記ノズルプレート43における前記千鳥状配列のノズル54に、前記スペーサプレート13、マニホールドプレート12及びダンパープレート11に同じく千鳥状配列にて穿設されている微小径の貫通孔17、17を介して連通している。一方、前記各圧力室16の他端16bは、前記スペーサプレート13における左右両側部位に穿設された貫通孔18を介して、前記マニホールドプレート12におけるマニホールド室12aに連通している。なお、前記他端16bは、図4に示すように、キャビティプレート14の下面側にのみ開口するように凹み形成されているものである。
【0018】
前記各圧力室16における長手方向(前記第2の方向)に沿って延びる一対の壁面16c,16cの中途部には(図2、図4参照)、隣接する圧力室16、16間の幅寸法w1の狭い桁60を補強するための薄肉状のブリッジ61を連結するように形成する。なお、前記ブリッジ61よりもインク流の上流側において当該インクの流れの速度分布は、両側壁16c、16cで零であって、両側壁16c、16cの間の中央部で最大となる凸湾曲分布曲線を描くものとする。
【0019】
そして、本発明によれば、図5(a)及び図5(b)に示すように、ブリッジ61におけるノズル54方向(換言すると先端方向16a)へのインクの流れ(図5(a)の矢印Aで示す)に対して対面する上流側側壁61aと、圧力室の前記一対の壁面16c,16cとのなす夾角θ1を90度より大きい鈍角、好ましくは110度乃至160度の範囲となるように設定する。
【0020】
また、前記各ブリッジ61におけるノズル方向へのインクの流れ(図5(a)の矢印Aで示す)に対して対面する上流側側壁61aを、前記一対の側壁16c,16c間の略中央部寄りに行くに従って、前記ノズル方向(圧力室の先端16a方向)へのインクの流れの下流側に向くように傾斜形成する。このように形成することにより、ブリッジ61と、両側壁16c、16cとの連結付け根部は、インクの流れの滞留するポケット部とならない。従って、吸引手段をノズルプレートに押しつけて、マニホールド等に溜まった気泡を吸い出すための吸引パージの際に、インク流れの上流側から搬送されてきた気泡62のうち、側壁16cに近い側のインク及び気泡62の流れ速度が遅くても、当該気泡62は、ブリッジ61と、両側壁16c、16cとの連結付け根部に滞留せず、前記上流側側壁61aに沿って、両側壁16c、16c間の中央側に円滑に移動できるので、該気泡はインクの流れ速度の大きい箇所(前記中央箇所)でブリッジ61の上面を乗り越えて、下流側(圧力室16の先端16a側)に流れてノズルから除去できるのである。
【0021】
なお、各ブリッジ61の平面視形状は、前記構成を踏まえると、前記各ブリッジにおける前記一対の側壁16c、16c間の略中央部の平面視形状を、前記ノズル方向へのインクの流れの下流側(圧力室16の先端16a側)に向かって略V字状(図5(a)参照)またはU字状(図8参照)に形成して良い。なお、ブリッジ61におけるインク流の下流側側壁61bと前記一対の側壁16c、16cとの連結付け根部の夾角θ2を、図9に示すように、鈍角に設定しても良い。このように、両夾角θ1、θ2ともに鈍角とし、または前記一対の側壁16c、16cに近い側のインク流に沿うブリッジ61の幅寸法を中央側の寸法より大きくすれば、ブリッジ61の側壁16cに対する連結付け根部のインク流れ方向に沿う寸法を大きくできて、この連結部の強度が大きくなり、隣接する圧力室16、16間の桁60の強度(剛性)高めるのに寄与できる。
【0022】
各ブリッジ61を薄肉状に形成する加工法は、肉厚t1だけ残すようにハーフエッチング処理をするのである。実施形態では、キャビティプレート14の板厚さは50μm、ブリッジ61の厚さ(肉厚t1)は20μm、一対の側壁16c、16c間の圧力室16の幅は250μm、桁の幅寸法は80μmとした。
【0023】
なお、最上層のキャビティプレート14の一端部に穿設された供給孔19aの上面には、その上方のインクタンク(図示せず)から供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ29が張設されている。
【0024】
これにより、図示しないインク供給源(インクタンク)から前記前記キャビティプレート14及びスペーサプレート13の一端部に穿設の供給孔19a,19bを介して前記左右両マニホールド室12a,12a内に流入したインクは、前記各貫通孔18を通って前記各圧力室16内に分配されたのち、この各圧力室16内から前記貫通孔17を通って、当該圧力室16に対応するノズル54に至るという構成になっている(図3及び図6参照)。
【0025】
他方、前記ダンパープレート11の上面には、前記各マニホールド室12aとほぼ同じ位置にて平面視形状で略同じ形状のダンパー室11aが上向き開放するように凹み形成されている。従って、マニホールドプレート12とダンパープレート11とを接合した状態では、マニホールド室12aとダンパー室11aとは前記底板12bにより隔離されることになる。この各ダンパー室11aには、平面視で前記各マニホールド室12aの外周縁より外側に膨らんだ連通部55が形成されている。
【0026】
そして、前記ダンパープレート11、マニホールドプレート12、スペーサプレート13、及びキャビティプレート14を積層、接着剤等にて接合固定した状態で、前記連通部55からペースプレート14の上面(ノズルプレート43から最も遠い側面)に連通し得る空気逃がし孔としての連通孔56を、前記各プレート12、13、14に各々予め穿設させておく。前記ダンパー室11aによるダンパー効果を発揮させるには、実施形態では5μm程度が好ましい。
【0027】
図3及び図6に示すように、ダンパープレート11に一対のダンパー室11a,11aが形成されている場合には、その各ダンパー室11aに対応して連通部55及び連通孔56が形成されるものとし、また、ペースプレート14の上面に後述する圧電アクチュエータ20を接着剤にて固定する場合に、当該圧電アクチュエータ20及び接着剤にて塞がれない箇所に前記連通孔56が開口するように設定すべきである。
【0028】
一方、前記圧電アクチュエータ20は、図2、図6及び図7に示すように、9枚の圧電シート21a,21b,21c,21d,21e,21f,21g,22,23を積層した構造で、前記各圧電シートのうち最下段の圧電シート22とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート21b,21d,21fの上面(広幅面)には、前記キャビティユニット10における各圧力室16の箇所ごとに細幅の個別電極24が、第1の方向(長辺方向)に沿って列状に形成され、各個別電極24は前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って各圧電シートの長辺の端縁部近傍まで延びている。下から偶数段目の圧電シート21a,21c,21e,21gの上面(広幅面)には、複数個の圧力室16に対して共通のコモン電極25が形成されている。
【0029】
実施形態においては、前記各個別電極24の幅寸法は対応する圧力室16における平面視での広幅部より少し狭く設定されている。
【0030】
他方、圧力室16は前記のキャビティプレート14の短辺の中央部側で、前記第1の方向(長辺)に沿って2列状に配列されているので、前記コモン電極25は、その2列の圧力室16、16を一体的に覆うように、偶数段目の圧電シート21a,21c,21e,21gの短辺方向の中央において長辺に沿って延びる平面視略矩形状に形成されると共に、該偶数段目の圧電シート21a,21c,21e,21gの対の短辺の端縁部近傍では当該端縁部のほぼ全長にわたって延びる引き出し部25a,25aが一体的に形成されている。
【0031】
そして、前記偶数段目の圧電シート21a,21c,21e,21gの対の長辺の端縁部近傍の表面であって、前記コモン電極25が形成されていない箇所には、前記各個別電極24と同じ上下位置(対応する位置)に、当該個別電極24と略同じ幅寸法で長さの短いダミー個別電極26を形成する。この場合、図7に示すように、各ダミー個別電極26の端部は前記コモン電極25の第1の方向(長辺に沿う方向)の側縁に対して適宜の隙間寸法の切れ目があるように隔てる。ダミー個別電極26の層の1つおきの長さをL2とL3(<L2)のように長短に設定して、ダミー個別電極26の端部とコモン電極25の側縁とのパターンの切れ目の位置を圧電シートの積層の1枚おきに当該圧電シートの第2の方向(短辺方向)にずらせても良い。実施形態では、下から2番目の層(圧電シート21a)及び6番目の層(圧電シート21e)でのダミー個別電極26の長さL2を、4番目の層(圧電シート21c)及び8番目の層(圧電シート21g)でのダミー個別電極26の長さL3より前記隙間寸法だけ長くなるように設定する。
【0032】
他方、最下段の圧電シート22とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート21b,21d,21fの上面(広幅面)のうち、前記引き出し部25a,25aに対応する位置(同じ上下位置、圧電シートの対の短辺の端縁部近傍)には、ダミーコモン電極27を形成するのである。
【0033】
前記最上段のトップシート23の上面には、その長辺の端縁部に沿って、前記各個別電極24の各々に対する表面電極30と、前記コモン電極25に対する表面電極31とが、設けられている(図2参照)。
【0034】
さらに、前記最下段の圧電シート22を除いて、他の全ての圧電シート21a,21b,21c,21d,21e,21f,21gとトップシート23とには、前記各表面電極30と、それに対応する位置(同じ上下位置)の個別電極24並びにダミー個別電極26とが互いに連通するように、スルーホール32を穿設する。同様に、前記少なくとも1つの表面電極31(実施形態では、トップシート23の4隅の位置の表面電極31)と、それに対応する位置(同じ上下位置)のコモン電極25乃至はその引き出し部25aが互いに連通するように、スルーホール33を穿設し、スルーホール32、33内に充填された導電性材料を介して、各層の個別電極24同士及びそれと対応する位置の表面電極30とが電気的に接続されているように構成し、同じく、各層のコモン電極25同士及びそれと対応する位置の表面電極31とが電気的に接続されているように構成するものである。
【0035】
これにより、上下に積層された複数枚の圧電シート21とトップシート23とは上下同じ位置の前記個別電極24及びダミー個別電極26が表面電極30の箇所と電気的に接続されるし、同じく上下複数枚のコモン電極25及びダミーコモン電極27が表面電極31の箇所と電気的に接続されることになる(図2及び図7参照)。
【0036】
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20における下面(圧力室16と対面する広幅面)全体に、接着剤層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41を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット10に対して、当該圧電アクチュエータ20における各個別電極24が前記キャビティユニット10における各圧力室16の各々に対応するように接着・固定される(図6参照)。また、この圧電アクチュエータ20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40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40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30、31に電気的に接合される。
【0037】
なお、前記接着剤シート41等の接着剤層の材料としては、少なくともインク非浸透性であり、且つ電気絶縁性を備えたものであって、ナイロン系やダイマー酸ベースのポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド系ホットメルト形接着剤、ポリエステル系ホットメルト形接着剤のフィルム状のものを使用しても良いが、ポリオレフィン系ホットメルト形接着剤を前記圧電アクチュエータ20の前記広幅面に塗布してから、キャビティユニット10に接着・固定するようにしても良い。接着層の厚さは約1μm程度である。
【0038】
この構成において、前記圧電アクチュエータ20における各個別電極24のうち任意の個別電極24と、コモン電極25との間に電圧を印加することにより、圧電シート21のうち前記電圧を印加した個別電極24に対応する部分に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となる。圧電アクチュエータ20における圧電素子の活性部と、前記各ノズル54に対する圧力室16とは各プレートの平面視において上下に重なることになる。
【0039】
そして、前記活性部の歪みにて前記各個別電極24に対応する圧力室16の内容積が縮小されることにより、この圧力室16内のインクが、ノズル54から液滴状に噴出して、所定の印字が行われる。
【0040】
上述のように、圧電アクチュエータ20とキャビティユニット10との間に、全ての圧力室16を覆うように、前記接着剤層を介在させることにより、この接着剤層がインクを浸透させない被膜の役割を果たすと共に、圧電アクチュエータ20とキャビティユニット10とを強固に固定する作用も同時にできる。そして、接着剤であるので、その層の厚さを従来のダイヤフラムプレートに比して極めて薄く形成でき、且つ低コストにてインクジェットプリンタヘッドを製造することができるという効果を奏する。また、複数の圧力室16にわたって延びる圧電シート21、22を積層した圧電アクチュエータ20を構成しているから、圧電アクチュエータ20全体の剛性が高くなり、従来のダイヤフラムプレートのような振動を起こすことがなく、高い周波数での駆動を可能にすることができる。
【0041】
そして、前記圧電アクチュエータ20における活性部を選択的に駆動した場合、当該活性部が圧電アクチュエータ20の板部の平面を湾曲させるように弾性変形して、所定の圧力室16が選択的に加圧され、その圧力が対応するノズル54に伝播されて、インク滴の吐出により印刷が実行される。
【0042】
なお、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。
【0043】
【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第1の方向に列状に備えたキャビティプレートユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを吐出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、前記各圧力室の中途部には、前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って延びる一対の側壁間を薄肉状のブリッジにて連結し、該各ブリッジにおけるノズル方向へのインクの流れに対して対面する上流側側壁と前記一対の側壁とのなす夾角を、鈍角になるように設定したものである。
【0044】
このように構成することにより、インクの流速の小さい圧力室の側壁近傍に沿って流れる気泡が、ブリッジにおけるノズル方向へのインクの流れに対して対面する上流側側壁と前記一対の側壁との連結付け根部に突き当たったとしても、その箇所が流れの滞留するポケット部とならないから、圧力室の幅方向に中央側に移動でき、インクの流の速い箇所で気泡がブリッジを乗り越えられる。従って、吸引パージ時であっても、圧力室内に気泡が溜まり、且つ気泡が成長する等してインク詰まりが発生することがないという効果を奏する。
【0045】
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、前記各ブリッジにおけるノズル方向へのインクの流れに対して対面する上流側側壁を、前記一対の側壁間の略中央部寄りに行くに従って、前記ノズル方向へのインクの流れの下流側に向くように傾斜形成させたものであるから、当該側壁とブリッジとの夾角が鈍角である連結付け根部から圧力室の幅方向の中央部に向かって、気泡が一層移動し易くなり、請求項1の発明による作用・効果をより高めることができる。
【0046】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記各ブリッジにおける前記一対の側壁間の略中央部の平面視形状を、前記ノズル方向へのインクの流れの下流側に向かって略V字状またはU字状に形成したものであり、このような平面視形状により、前記ブリッジにおけるノズル方向へのインクの流れに対して対面する上流側側壁を圧力室の幅方向の中央部に向かって滑らかにでき、気泡がブリッジを乗り越え、且つインク流の下流側へ移動する作用を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による圧電式インクジェットプリンタヘッドを示す分解斜視図である。
【図2】キャビティユニットと圧電アクチュエータとの一端部を示す拡大斜視図である。
【図3】キャビティユニットの分解斜視図である。
【図4】キャビティユニットの部分的拡大斜視図である。
【図5】(a)は圧力室の両側壁とブリッジとの連結角度等を示す要部平面図、(b)は図5(a)のVb−Vb線矢視断面図である。
【図6】図1のVI−VI線矢視で示す圧電式インクジェットプリンタヘッドの拡大側断面図である。
【図7】圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図8】ブリッジの第2実施形態を示す拡大平面図である。
【図9】ブリッジの第3実施形態を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
10 キャビティユニット
11 ダンパープレート
11a ダンパー室
12 マニホールドプレート
12a マニホールド室
13 スペーサプレート
14 キャビティプレート
16 圧力室
16a 先端
16b 他端
16c,16c 一対の側壁
20 圧電アクチュエータ
30,31 表面電極
54 ノズル
55 連通部
56 連通孔
43 ノズルプレート
54 ノズル
60 桁
61 ブリッジ
61a 上流側側壁
61b 下流側側壁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a piezoelectric type ink jet printer head.
[0002]
[Prior art]
In the prior art on-demand type piezoelectric ink jet printer head, as described in JP-A-8-25631, a nozzle plate having a plurality of nozzles formed in a row is arranged between a diaphragm and a diaphragm. A spacer plate provided with a pressure chamber, a reservoir, an ink supply port connecting them, a flow path for distributing ink from the ink tank to each reservoir, and the like, and the diaphragm And a piezoelectric element unit for selectively driving each pressure chamber, contracting and expanding the pressure chamber, sending ink in the pressure chamber toward the nozzle, and discharging ink droplets from the nozzle onto the recording medium. An inkjet printer head is disclosed.
[0003]
As disclosed in the above publication, in order to improve the printing performance and reduce the size of the head, it is necessary to narrow the interval between the nozzle rows, and on the other hand, the energy of the piezoelectric element unit is used efficiently. In order to do so, the pressure chambers must be made as large as possible, and these are conflicting requirements. In order to solve this problem, it is necessary to increase the volume of the pressure chamber by reducing the arrangement interval of the pressure chambers and increasing the longitudinal dimension of the pressure chambers. If the width of the wall (girder) separating (dividing) adjacent pressure chambers is shortened as much as possible in accordance with this requirement, the rigidity of the wall (girder) is reduced, and the spacer plate in the manufacturing process is reduced. There is a problem that the wall portion is easily plastically deformed during handling, and the manufacturing yield of the inkjet head is deteriorated.
[0004]
In order to solve this problem, in the above prior art, the pressure chamber in the spacer plate made of a silicon single crystal material is formed long from the reservoir along the nozzle direction by etching, and in the middle in the longitudinal direction, It has been proposed to form a thin-walled bridge that connects one wall surface and the other wall surface of the pressure chamber so as to extend obliquely from the reservoir toward the nozzle.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the said structure, the angle of the base part of a connection with the wall surface of the pressure chamber of the said bridge is an obtuse angle with respect to the one wall surface, On the other hand, it becomes an acute angle with respect to the other wall surface. By the way, the velocity distribution of the ink flow flowing along the longitudinal direction of the pressure chamber follows the general principle of laminar flow or turbulent flow of viscous fluid in hydrodynamic (hydrodynamic), and the velocity is zero on the wall surfaces. It is shown in a convex curve shape where the speed is maximum at a substantially central portion in between.
[0006]
Therefore, in any case, since the speed of the ink flow in the vicinity of the connection root between the upstream side surface of the ink flow in the bridge and the wall surface is extremely low, the bubbles carried on the ink are in the vicinity of the connection root. Easy to stay. In particular, in the portion where the angle of the connecting root portion is an acute angle, when the number of bubbles staying increases, the bubble grows to a large volume, and when the bubbles reach the nozzle, a so-called nozzle clogging occurs, resulting in poor printing. The problem of becoming could not be solved.
[0007]
It is a technical object of the present invention to provide an ink jet printer head that solves such problems.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this technical problem, an ink jet printer head according to the first aspect of the present invention includes a cavity plate unit including a plurality of nozzles and pressure chambers for each of the nozzles arranged in a row in a first direction; In the ink jet printer head having an active part that can be selectively driven for each pressure chamber, and an actuator for ejecting ink, the first direction is provided in the middle part of each pressure chamber. A pair of side walls extending along the intersecting second direction is connected by a thin-walled bridge, and the upstream side wall facing the ink flow in the nozzle direction in each bridge and the pair of side walls The angle formed is set to be an obtuse angle.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the inkjet printer head according to the first aspect, the upstream side wall facing the ink flow in the nozzle direction in each bridge is substantially the same between the pair of side walls. It is formed so as to be inclined toward the downstream side of the ink flow in the nozzle direction as it goes closer to the center.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first or second aspect, the shape in plan view of a substantially central portion between the pair of side walls in each bridge is set in the nozzle direction. It is formed in a substantially V shape or U shape toward the downstream side of the ink flow.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 7 show a piezoelectric ink jet printer head of the present invention. In these drawings, a flexible
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
Each
[0015]
The
[0016]
When parallel longitudinal reference lines 14a and 14b are set on both the left and right sides of the center line along the first direction of the cavity plate, the
[0017]
The
[0018]
In the middle part of the pair of
[0019]
According to the present invention, as shown in FIGS. 5A and 5B, the flow of ink in the direction of the
[0020]
Further, the
[0021]
The shape of each
[0022]
In the processing method of forming each
[0023]
Note that a
[0024]
As a result, ink that has flowed into the left and
[0025]
On the other hand, on the upper surface of the
[0026]
The
[0027]
As shown in FIGS. 3 and 6, when a pair of
[0028]
On the other hand, the
[0029]
In the embodiment, the width of each
[0030]
On the other hand, since the
[0031]
The
[0032]
On the other hand, on the upper surface (wide surface) of the lowermost
[0033]
On the upper surface of the uppermost
[0034]
Further, except for the lowermost
[0035]
As a result, the plurality of piezoelectric sheets 21 and the
[0036]
Then, an
[0037]
The material of the adhesive layer such as the
[0038]
In this configuration, by applying a voltage between any
[0039]
Then, the internal volume of the
[0040]
As described above, by interposing the adhesive layer so as to cover all the
[0041]
When the active portion of the
[0042]
In the present invention, the driving means (actuator) of the active part for activating the pressure chamber may be provided with individual piezoelectric elements for each pressure chamber.
[0043]
[Operation and effect of the invention]
As described above, the ink jet printer head according to the first aspect of the present invention includes a cavity plate unit having a plurality of nozzles and pressure chambers for each nozzle arranged in a row in the first direction, In an ink jet printer head having an active portion that can be selectively driven for each pressure chamber, and an actuator that ejects ink, the intermediate portion of each pressure chamber intersects the first direction. A pair of side walls extending along the second direction is connected by a thin-walled bridge, and an angle formed between the upstream side wall facing the ink flow in the nozzle direction in each bridge and the pair of side walls. Is set to have an obtuse angle.
[0044]
With this configuration, the bubbles that flow along the vicinity of the side wall of the pressure chamber having a low ink flow velocity are connected to the upstream side wall facing the ink flow toward the nozzle in the bridge and the pair of side walls. Even if it hits the base, it does not become a pocket where the flow stays, so it can move to the center side in the width direction of the pressure chamber, and bubbles can get over the bridge at a place where the flow of ink is fast. Therefore, even during the suction purge, there is an effect that bubbles are not accumulated due to bubbles remaining in the pressure chamber and growing.
[0045]
According to a second aspect of the present invention, in the inkjet printer head according to the first aspect, the upstream side wall facing the ink flow in the nozzle direction in each bridge is substantially the same between the pair of side walls. As it goes closer to the center part, it is formed so as to be inclined toward the downstream side of the ink flow in the nozzle direction, so the width of the pressure chamber from the connecting root part where the depression angle between the side wall and the bridge is an obtuse angle. The bubbles are more easily moved toward the center of the direction, and the action and effect of the invention of claim 1 can be further enhanced.
[0046]
According to a third aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first or second aspect, the shape in plan view of a substantially central portion between the pair of side walls in each bridge is set in the nozzle direction. An upstream side wall that is formed in a substantially V shape or U shape toward the downstream side of the ink flow, and faces the ink flow in the nozzle direction in the bridge by such a planar view shape. Can be made smooth toward the central portion in the width direction of the pressure chamber, and the action of the bubbles over the bridge and moving downstream of the ink flow can be further enhanced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a piezoelectric inkjet printer head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing one end of a cavity unit and a piezoelectric actuator.
FIG. 3 is an exploded perspective view of the cavity unit.
FIG. 4 is a partially enlarged perspective view of a cavity unit.
5A is a plan view of a principal part showing a connection angle between both side walls of a pressure chamber and a bridge, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line Vb-Vb in FIG. 5A.
6 is an enlarged side sectional view of the piezoelectric ink jet printer head taken along line VI-VI in FIG.
FIG. 7 is an exploded perspective view of the piezoelectric actuator.
FIG. 8 is an enlarged plan view showing a second embodiment of the bridge.
FIG. 9 is an enlarged plan view showing a third embodiment of the bridge.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記各圧力室の中途部には、前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って延びる一対の側壁間を薄肉状のブリッジにて連結し、
該各ブリッジにおけるノズル方向へのインクの流れに対して対面する上流側側壁と前記一対の側壁とのなす夾角を、鈍角になるように設定したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。A cavity plate unit having a plurality of nozzles and pressure chambers for each nozzle arranged in a row in the first direction, and an active portion that can be selectively driven for each pressure chamber, and ejecting ink. In an inkjet printer head made by stacking actuators,
In the middle of each pressure chamber, a pair of side walls extending along a second direction intersecting the first direction is connected by a thin bridge,
An ink jet printer head, wherein an angle formed between an upstream side wall facing the ink flow in the nozzle direction in each bridge and the pair of side walls is set to be an obtuse angle.
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