JP3730158B2 - ヘッドチップ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プリンタ、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録装置に搭載されるヘッドチップに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、インクを吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。かかるインクジェット式記録装置では、インクジェットヘッドのノズルが被記録媒体に対向するようにヘッドホルダに設けられ、このヘッドホルダはキャリッジに搭載され被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査されるようになっている。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドに使用されるヘッドチップの一例の長手方向断面図を図１６（ａ）に、また、要部断面を図１６（ｂ）に示す。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、圧電セラミックプレート１０１には、複数の溝１０２が並設され、各溝１０２は、側壁１０３で分離されている。各溝１０２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１０１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１０２内の両側壁１０３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１０５が形成されている。
【０００４】
また、圧電セラミックプレート１０１の溝１０２の開口側には、仕切部を介してカバープレート１０７が接着剤１０９で互いに接合されている。カバープレート１０７には、各溝１０２の長手方向に対して等間隔で複数個仕切部に設置された連通孔を介して各溝１０２と連通する凹部となる共通インク室１１１と、この共通インク室１１１の底部から溝１０２とは反対方向に貫通するインク供給口１１２とを有する。
【０００５】
また、圧電セラミックプレート１０１、仕切部とカバープレート１０７との接合体の溝１０２が開口している端面には、ノズルプレート１１５が接合されており、ノズルプレート１１５の各溝１０２に対向する位置にはノズル開口１１７が形成されている。
【０００６】
なお、圧電セラミックプレート１０１のノズルプレート１１５とは反対側でカバープレート１０７とは反対側の面には、配線基板が固着されている。配線基板には、各電極１０５とボンディングワイヤ１２１等で接続された配線が形成され、この配線を介して電極１０５に駆動電圧を印加できるようになっている。
【０００７】
このように構成されるヘッドチップでは、インク供給口１１２から各溝１０２内にインクを充填し、所定の溝１０２の両側の側壁１０３に電極１０５を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁１０３が変形して所定の溝１０２内の容積が変化し、これにより、溝１０２内のインクがノズル開口１１７から吐出する。
【０００８】
例えば、図１７に示すように、溝１０２ａに対応するノズル開口１１７からインクを吐出する場合には、その溝１０２ａ内の電極１０５ａ，１０５ｂに正の駆動電圧を印加すると共にそれぞれに対向する電極１０５ｃ，１０５ｄを接地するようにする。これにより、側壁１０３ａ，１０３ｂには溝１０２ａに向かう方向の駆動電界が作用し、これが圧電セラミックプレート１０１の分極方向と直交すれば、圧電厚みすべり効果により側壁１０３ａ，１０３ｂが溝１０２ａ方向に変形し、溝１０２ａ内の容積が減少して圧力が増加し、ノズル開口１１７からインクが吐出する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなヘッドチップでは、連続吐出の高速化、すなわち印刷の高速化が難しいという問題の解決策として、インク吐出による前記側壁の振動が停止してから、前記溝に該当するチャンバ内のインクの圧力がゼロとなり次のインクが吐出できるようになるまでの時間を、該チャンバの長さやノズル開口の形状等によっても異なるが、該チャンバの密封度を高めて短縮していたが、該チャンバの密封度を高めるために前記連通孔の開口面積を絞りすぎてしまうと前記共通インク室から前記チャンバに対して吐出に必要なインクが充分に供給されなくなり、印刷が正常に行われないという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、吐出に必要なインクを充分に供給でき、かつチャンバの密封度を極限まで高めることが可能な最小の前記連通孔のサイズを、前記チャンバの長手方向長さに対して定義したヘッドチップを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板に画成されて長手方向端部がノズル開口に連通するチャンバと、該チャンバの側壁に設けられた電極とを具備し、前記電極に駆動電圧を印加することにより前記チャンバ内の容積を変化させてその内部に充填されたインクを前記ノズル開口から吐出するヘッドチップにおいて、
前記基板上には前記チャンバに連通する共通インク室を画成するインク室プレートが接合されており、前記共通インク室は、前記チャンバと前記共通インク室とを仕切る仕切部を具備し、
当該仕切部のチャンバ長手方向を、前記ノズル開口と該ノズル開口近傍の仕切部に設置された前記共通インク室と前記チャンバを連通する連通孔との距離で、等間隔に分割する複数の連通孔が前記仕切部に設けられていると共に、複数の該連通孔の前記仕切部面積に対する１個あたりの開口率が一定であり、
前記チャンバの長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、前記仕切部面積に対する前記連通孔１個あたりの開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の関係が成り立つ連通孔のサイズをＳminとし、複数の前記連通孔が互いに連結する連通孔のサイズをＳmaxとした時に、Ｓmin≦連通孔のサイズ＜Ｓmaxであることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記仕切部が別部材で形成されていることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記基板が圧電セラミックプレートで形成されており、該圧電セラミックプレートに溝を形成することにより前記チャンバが画成されていることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１又は２の態様において、前記基板上に圧電セラミックからなる前記側壁を所定間隔で配置して、前記側壁間に前記チャンバを画成していることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記基板上に圧電セラミックからなる前記側壁を所定間隔で配置して、前記側壁間に前記チャンバを画成していると共に前記基板上には前記共通インク室が画成されており、前記チャンバと前記共通インク室とが当該チャンバの長手方向一端で連通していることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１６】
かかる本発明では、吐出に必要なインクを充分に供給でき、かつチャンバの密封度を極限まで高めることが可能な最小の前記連通孔のサイズを、前記チャンバの長手方向長さに対して定義することにより、インク供給特性及びインク吐出特性を悪化させずにチャンバ内の圧力が減衰する収束時間を短縮することができ、インクを高速で連続吐出して高速印刷を実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、ヘッドチップのチャンバ長手方向の断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ′線断面図であり、第１または第３の実施形態を示す。
【００１９】
ヘッドチップ１１について詳しく説明する。図１及び図２に示すように、ヘッドチップ１１を構成する圧電セラミックプレート１６には、複数の溝からなるチャンバ１７が並設され、各チャンバ１７は、側壁１８で分離されている。各チャンバ１７の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１６の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各チャンバ１７内の両側壁１８の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１９が形成されている。
【００２０】
ここで、圧電セラミックプレート１６に形成される各チャンバ１７は、例えば、円盤状のダイスカッターにより形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイスカッターの形状により形成されてしまう。また、各チャンバ１７内に形成される電極１９は、例えば、公知の斜め方向からの蒸着により形成される。
【００２１】
圧電セラミックプレート１６のチャンバ１７の開口側には、接着剤３５を介してインク室プレート２０が接合されている。このインク室プレート２０には、各チャンバ１７と連通する凹部となる共通インク室２１を有し、該共通インク室２１は、これに通じるインク供給口２２を備えた共通インク室ふた３３で密閉されている。インク室プレート２０は、セラミックプレート、金属プレートなどで形成することができるが、圧電セラミックプレート１６との接合後の変形等を考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用いるのが好ましい。
【００２２】
このようなインク室プレート２０には、チャンバ１７と共通インク室２１とを連通し、チャンバ１７の長手方向に等間隔に複数個、かつ厚さ方向に貫通して連通孔３２が設けられた仕切部３０が設けられている。
【００２３】
これにより、各連通孔３２の間隔、つまりノズル開口２４近傍に位置する連通孔３２からノズル開口２４までの距離をポンプ部１７ａとして、その長さがヘッドチップ１１のポンプ長となる。該ポンプ長により、インク吐出後に側壁１８の振動が停止してからチャンバ１７内の音圧が繰り返し反射して生じた圧力が減衰する収束時間が決定される。このため、ポンプ部１７ａの長さを連通孔３２の位置（数）によって容易に規定でき、収束時間を短縮することができる。
【００２４】
なお、このような連通孔３２の数は、特に限定されず、吐出能力に影響が出ない範囲の数を配置可能であり、さらにチャンバ１７の浅くなった端部に気泡が滞留するのを防止するために、該端部と対向する位置に連通孔３２を設ける。
【００２５】
また、圧電セラミックプレート１６とインク室プレート２０との接合体のチャンバ１７が開口している端面には、ノズルプレート２３が接合されており、ノズルプレート２３の各チャンバ１７に対向する位置にはノズル開口２４が形成されている。
【００２６】
このノズルプレート２３は、ポリイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル開口２４を形成したものである。また、図示しないが、ノズルプレート２３の被印刷物に対向する面には、インクの付着等を防止するために撥水性を有する撥水膜が設けられている。
【００２７】
また図示しないインクカートリッジやインクパックから導入されたインクは、図示しないインク流路を通ってインク供給口２２より共通インク室２１に充填され、さらに連通孔３２を通りチャンバ１７内に充填される。
【００２８】
ここで前記チャンバ１７の長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、前記仕切部３０の該チャンバ１個あたりの面積に対する、１個あたりの前記連通孔３２の開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の式で、該連通孔の最小面積を決定することにより、該チャンバのインク供給不足を回避することができる。ここで前記連通孔の最大サイズが複数の前記連通孔が連結するサイズとなることは、本ヘッドチップの構造上いうまでもない。
【００２９】
なお、上述した実施形態では、絶縁性のインクを使用するヘッドチップを例示したが、水性インク等の導電性インクを使用するヘッドチップとしてもよい。
【００３０】
このようにヘッドチップに水性インク等の導電性インクを用いる場合、チャンバ１７内のインクによって電極が導通してしまい、インクが電気分解を起こすと共に正常な駆動を行えないため、圧電セラミックプレートにインクを吐出させるチャンバと、インクの充填されないダミーチャンバとを交互に配置して導電性インクが吐出されるようにするが、このダミーチャンバへのインク充填の防止を仕切部によって行うようすればよい。
【００３１】
このように導電性インクを用いるヘッドチップでも、インクを吐出させるチャンバに対する仕切部に、前記絶縁性のインクを使用するヘッドチップ１１の場合と同様に複数の連通孔３２を設置すれば同様の効果が得られる。
【００３２】
図３は、ヘッドチップのチャンバ長手方向の断面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ′線断面図であり、第２または第３の実施形態を示す。
【００３３】
第１の実施形態と異なる点は、共通インク室２１に通じるインク供給口２２を備えた共通インク室ふた３３がなく、インク室プレート２０は仕切部３０を備えていないことであり、連通孔３２を有する仕切部３０が別部材となっていることのみであり、その他の点は全て第１の実施形態と同じである。
【００３４】
このような構成のヘッドチップ１１は、まず、圧電セラミックプレート１６とインク室プレート２０とを仕切部３０を挟持するように接合し、その接合体の端面にノズルプレート２３を接合する。
【００３５】
このようなヘッドチップ１１としても、チャンバ１７の長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、仕切部３０の該チャンバ１個あたりの面積に対する、１個あたりの前記連通孔３２の開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の式で、該連通孔の最小面積を決定することにより、該チャンバのインク供給不足を回避することができる。ここで前記連通孔の最大サイズが複数の前記連通孔が連結するサイズとなることは、本ヘッドチップの構造上いうまでもない。
【００３６】
また、第１の実施形態と同様の方法で導電性インクを用いることもできる。
【００３７】
図５と図６は、本発明の第４の実施形態で、図５はその内の一実施形態に係るヘッドチップ長手方向断面図であり、図６は図５のＡ−Ａ′線断面図である。
【００３８】
図示するように、ヘッドチップ１１Ａは、基板１６Ａ上に圧電セラミックからなる側壁１８Ａを所定間隔で配置して、各側壁１８Ａ間にチャンバ１７Ａが画成されている。
【００３９】
また、基板１６Ａ上には、封止板６０Ａが設けられ、該封止板によりチャンバ１７Ａの長手方向一端は密閉される。
【００４０】
また、チャンバ１７Ａとインク室プレ−ト２０Ａに設けられた共通インク室２１Ａとの間には仕切部３０Ａがあり、該仕切部には所定間隔で均等に設けられた複数の連通孔３２Ａが設置される。
【００４１】
さらに、チャンバ１７Ａの両側壁１８Ａに設けられた電極１９Ａは、該側壁の全面に亘って設けられており、該電極と図示しない駆動回路との導通は、配線６１Ａによって接続されるが、該電極と該配線との導通は、例えば配線６１Ａを基板１６Ａと各側壁１８Ａとの間の両側に画成されたチャンバ１７Ａに沿って延設し、延設した配線６１Ａの幅方向両端部で電極１９Ａと確実に接触することで達成している。
【００４２】
このようなヘッドチップ１１Ａとしても、チャンバ１７Ａの長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、仕切部３０Ａの該チャンバ１個あたりの面積に対する、１個あたりの前記連通孔３２Ａの開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の式で、該連通孔の最小面積を決定することにより、該チャンバのインク供給不足を回避することができる。ここで前記連通孔の最大サイズが複数の前記連通孔が連結するサイズとなることは、本ヘッドチップの構造上いうまでもない。
【００４３】
また、第１の実施形態と同様の方法で導電性インクを用いることもできる。
【００４４】
さらに、ここでは仕切部３０Ａを別部材としたが、インク室プレート２０Ａが該仕切部を具備し、共通インク室２１Ａを該共通インク室に通じるインク供給口２２Ａを備えた別部材の前記共通インク室ふたで形成する構造としても問題がないことは言うまでもない。
【００４５】
図７と図８は、本発明の第５の実施形態で、図７はその内の一実施形態に係るヘッドチップ長手方向断面図であり、図８は図７のＡ−Ａ′線断面図である。
【００４６】
第４の実施形態と異なる点は、封止板６０Ａの外側に第２封止板６０Ｂがあり、封止板６０Ａにはチャンバ１７Ａと対向する位置に連通孔３２Ａと同サイズの連通孔３２Ｂが設けられ、インク室プレ−ト２０Ａに設置された共通インク室２１Ａを第１インク室２１ａとし、該封止板と該第２封止板との間で第２インク室２１ｂが画成され、連通孔３２Ｂが第２インク室２１ｂとチャンバ１７Ａを連通させていると共に、仕切部３０Ａには前記第１インク室２１ａと前記第２インク室２１ｂを連通させるインク供給連通孔３１Ａが設置されており、封止板６０Ａの近傍に存在した連通孔３２Ａが仕切部３０Ａから削除されていることのみであり、その他の点は全て第４の実施形態と同じである。
【００４７】
このようなヘッドチップ１１Ａとしても、チャンバ１７Ａの長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、仕切部３０Ａの該チャンバ１個あたりの面積に対する、１個あたりの前記連通孔３２Ａの開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の式で、該連通孔の最小面積を決定することにより、該チャンバのインク供給不足を回避することができる。ここで前記連通孔の最大サイズが複数の前記連通孔が連結するサイズとなることは、本ヘッドチップの構造上いうまでもない。
【００４８】
また、封止板６０Ａを用いて前記ダミ−チャンバを密閉し、かつ第１の実施形態と同様の方法を併用すれば、導電性インクを用いることもできる。
【００４９】
さらに、ここでは仕切部３０Ａを別部材としたが、インク室プレート２０Ａが該仕切部を具備し、共通インク室２１Ａを該共通インク室に通じるインク供給口２２Ａを備えた別部材の前記共通インク室ふたで形成する構造としても問題がないことは言うまでもない。
【００５０】
最後に連通孔３２、３２Ａのサイズの定義を図９により説明する。図９は、１個のチャンバ１７、１７Ａ上に位置する仕切部３０、３０Ａと該仕切部が有する複数の連通孔３２、３２Ａの平面図である。
【００５１】
チャンバ１７、１７Ａの長手方向の長さはＹ（ｍｍ）、チャンバ１７、１７Ａの幅はＺ（ｍｍ）、１個の連通孔３２、３２Ａの形状を長方形とした場合の長辺の長さをＡ（ｍｍ）、短辺の長さをＢ（ｍｍ）とする。ここで１個のチャンバ１７、１７Ａに対する仕切部３０、３０Ａの面積に対する前記連通孔３２、３２Ａの１個あたりの開口率をＸ（％）とすると、Ｘ（％）＝（Ａ×Ｂ）×１００／（Ｙ×Ｚ）となる。また、ここでは連通孔３２、３２Ａの形状を長方形としたが形状はなんでもよく、例えば楕円形や円形であってもよいことは言うまでもない。
【００５２】
（実施例１）
図１０は、本発明の実施例１に係るヘッドチップが有するチャンバ１個に対する仕切部３０の平面図である。
【００５３】
図示するように、実施例１のヘッドチップは、仕切部３０における連通孔３２の間隔を１．８ｍｍとして該連通孔を３個有している。該連通孔の間隔は、各連通孔３２の中心間距離とし、当該チャンバの長手方向一端部の前記ノズル開口とは反対側の一端に存在する連通孔３２のサイズのみ他の半分とした。
【００５４】
このようなヘッドチップのチャンバ長手方向の長さはＹ＝５．４ｍｍであり、該連通孔の大きさはＡ×Ｂ＝０．０９ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．１８ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．２７ｍｍ×０．０６ｍｍ、及び０．３６ｍｍ×０．０６ｍｍの４つのヘッドチップとした。
【００５５】
（実施例２）
図１１は、本発明の実施例２に係るヘッドチップが有するチャンバ１個に対する仕切部３０の平面図である。
【００５６】
図示するように、実施例２のヘッドチップは、仕切部３０における連通孔３２の間隔を１．８ｍｍとして該連通孔を４個有している。該連通孔の間隔は、各連通孔３２の中心間距離とし、当該チャンバの長手方向一端部の前記ノズル開口とは反対側の一端に存在する連通孔３２のサイズのみ他の半分とした。
【００５７】
このようなヘッドチップのチャンバ長手方向の長さはＹ＝７．２ｍｍであり、該連通孔の大きさはＡ×Ｂ＝０．０９ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．１８ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．２７ｍｍ×０．０６ｍｍ、及び０．３６ｍｍ×０．０６ｍｍの４つのヘッドチップとした。
【００５８】
（実施例３）
図１２は、本発明の実施例３に係るヘッドチップが有するチャンバ１個に対する仕切部３０の平面図である。
【００５９】
図示するように、実施例３のヘッドチップは、仕切部３０における連通孔３２の間隔を１．８ｍｍとして該連通孔を５個有している。該連通孔の間隔は、各連通孔３２の中心間距離とし、当該チャンバの長手方向一端部の前記ノズル開口とは反対側の一端に存在する連通孔３２のサイズのみ他の半分とした。
【００６０】
このようなヘッドチップのチャンバ長手方向の長さはＹ＝９．０ｍｍであり、該連通孔の大きさはＡ×Ｂ＝０．０９ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．１８ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．２７ｍｍ×０．０６ｍｍ、及び０．３６ｍｍ×０．０６ｍｍの４つのヘッドチップとした。
【００６１】
（試験例）
実施例１の４種類のヘッドチップと、実施例２の４種類のヘッドチップ及び、実施例３の４種類のヘッドチップとについて、ノズル抵抗をそれぞれ４０％、６０％及び８０％とした場合のノズル開口２４における圧力挙動を測定した。この際、チャンバ１７の両側壁１８のチャンバに対して外側に移動する最大変位量が０．０１μｍとなるように電極１９に電圧を与え、その状態が２５μ秒以上継続するようにした。チャンバ１７の幅Ｚは、０．０７８ｍｍとした。
【００６２】
さらに連通孔３２の間隔によって時間が決定されるＡＰ時間後の圧力値を抽出し、各実施例の各ノズル抵抗値に対する該圧力値の変動傾向から、圧力値が正となる、１個のチャンバ１７が占める仕切部３０の面積に対する１個あたりの前記連通孔３２の開口率Ｘ（％）を求めた。 ここでＡＰ時間の長さは全連通孔の間隔が１．８ｍｍであるので２．１μ秒で同一であり、またＡＰ時間後の圧力値が正であればインクは正しく供給されていることを示す。
【００６３】
図１３に実施例１の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【００６４】
図１４に実施例２の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【００６５】
図１５に実施例３の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【００６６】
上記図１３〜図１５より読み取った、各チャンバの長手方向長さとノズル抵抗値の組合せに対する、ＡＰ時間後にノズル開口２４において圧力値が正となる場合の、前記開口率Ｘ（％）の値を表１に記す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
表１より、チャンバ長Ｙ（ｍｍ）と連通孔１個あたりの開口率Ｘ（％）の関係式を求めるとＹ＝−４．５Ｘ＋１５．８となり、全ての場合にて該関係式とＹの値から導出されるＸの値は表１の開口率Ｘ（％）よりも大となり、チャンバ内圧力は常に正となる。
【００６９】
このことから実験例１〜３に示すようなモデルのヘッドチップにおいて、上式がインク供給不足とならない最小の連通孔１個あたりの面積を決定していることが判明する。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、共通インク室の仕切部のチャンバ長手方向を前記ノズル開口と該ノズル開口近傍の仕切部に設置された前記共通インク室と前記チャンバを連通する連通孔との距離で、等間隔に分割する複数の前記連通孔が前記仕切部に設けられており、当該チャンバの長手方向一端部の前記ノズル開口とは反対側の一端に前記連通孔を有すると共に、複数の該連通孔の前記仕切部面積に対する１個あたりの開口率が一定であるヘッドチップにおいて、
前記チャンバの長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、前記仕切部面積に対する前記連通孔１個あたりの開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の関係を前記連通孔の最小サイズとして定義することにより、吐出に必要なインクを充分に供給でき、かつ溝の密封度を極限まで高めることができ、チャンバ内の圧力が減衰する収束時間を短縮して、連続吐出の高速化、すなわち印刷の高速化が図れるとともに、印刷品質の安定化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１または第３の実施形態に係るヘッドチップの長手方向断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′断面図である。
【図３】本発明の第２または第３の実施形態に係るヘッドチップの長手方向断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ′断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態で、その内の一実施形態に係るヘッドチップ長手方向断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ′断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態で、その内の一実施形態に係るヘッドチップ長手方向断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ′断面図である。
【図９】本発明の全実施形態に係るヘッドチップのチャンバ１個に対応する仕切部の平面図である。
【図１０】本発明の実施例１に係るヘッドチップのチャンバ１個に対応する仕切部の平面図である。
【図１１】本発明の実施例２に係るヘッドチップのチャンバ１個に対応する仕切部の平面図である。
【図１２】本発明の実施例３に係るヘッドチップのチャンバ１個に対応する仕切部の平面図である。
【図１３】実施例１の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【図１４】実施例２の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【図１５】実施例３の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【図１６】（ａ）従来技術に係るヘッドチップの概要を示す長手方向断面図である。
（ｂ）従来技術に係るヘッドチップの概要を示す要部断面図である。
【図１７】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す断面図である。
【符号の説明】
１１、１１Ａ ヘッドチップ
１６ 圧電セラミックプレート
１６Ａ 基板
１７、１７Ａ チャンバ
１７ａ ポンプ部
１８、１８Ａ 側壁
１９、１９Ａ 電極
２０、２０Ａ インク室プレート
２１、２１Ａ 共通インク室
２１ａ 第１インク室
２１ｂ 第２インク室
２２、２２Ａ インク供給口
２３、２３Ａ ノズルプレート
２４、２４Ａ ノズル開口
３０、３０Ａ 仕切部
３１Ａ インク供給連通孔
３２、３２Ａ、３２Ｂ 連通孔
３３ 共通インク室ふた
３５ 接着剤
６０Ａ 封止板
６０Ｂ 第２封止板
６１Ａ 配線
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プリンタ、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録装置に搭載されるヘッドチップに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、インクを吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。かかるインクジェット式記録装置では、インクジェットヘッドのノズルが被記録媒体に対向するようにヘッドホルダに設けられ、このヘッドホルダはキャリッジに搭載され被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査されるようになっている。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドに使用されるヘッドチップの一例の長手方向断面図を図１６（ａ）に、また、要部断面を図１６（ｂ）に示す。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、圧電セラミックプレート１０１には、複数の溝１０２が並設され、各溝１０２は、側壁１０３で分離されている。各溝１０２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１０１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１０２内の両側壁１０３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１０５が形成されている。
【０００４】
また、圧電セラミックプレート１０１の溝１０２の開口側には、仕切部を介してカバープレート１０７が接着剤１０９で互いに接合されている。カバープレート１０７には、各溝１０２の長手方向に対して等間隔で複数個仕切部に設置された連通孔を介して各溝１０２と連通する凹部となる共通インク室１１１と、この共通インク室１１１の底部から溝１０２とは反対方向に貫通するインク供給口１１２とを有する。
【０００５】
また、圧電セラミックプレート１０１、仕切部とカバープレート１０７との接合体の溝１０２が開口している端面には、ノズルプレート１１５が接合されており、ノズルプレート１１５の各溝１０２に対向する位置にはノズル開口１１７が形成されている。
【０００６】
なお、圧電セラミックプレート１０１のノズルプレート１１５とは反対側でカバープレート１０７とは反対側の面には、配線基板が固着されている。配線基板には、各電極１０５とボンディングワイヤ１２１等で接続された配線が形成され、この配線を介して電極１０５に駆動電圧を印加できるようになっている。
【０００７】
このように構成されるヘッドチップでは、インク供給口１１２から各溝１０２内にインクを充填し、所定の溝１０２の両側の側壁１０３に電極１０５を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁１０３が変形して所定の溝１０２内の容積が変化し、これにより、溝１０２内のインクがノズル開口１１７から吐出する。
【０００８】
例えば、図１７に示すように、溝１０２ａに対応するノズル開口１１７からインクを吐出する場合には、その溝１０２ａ内の電極１０５ａ，１０５ｂに正の駆動電圧を印加すると共にそれぞれに対向する電極１０５ｃ，１０５ｄを接地するようにする。これにより、側壁１０３ａ，１０３ｂには溝１０２ａに向かう方向の駆動電界が作用し、これが圧電セラミックプレート１０１の分極方向と直交すれば、圧電厚みすべり効果により側壁１０３ａ，１０３ｂが溝１０２ａ方向に変形し、溝１０２ａ内の容積が減少して圧力が増加し、ノズル開口１１７からインクが吐出する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなヘッドチップでは、連続吐出の高速化、すなわち印刷の高速化が難しいという問題の解決策として、インク吐出による前記側壁の振動が停止してから、前記溝に該当するチャンバ内のインクの圧力がゼロとなり次のインクが吐出できるようになるまでの時間を、該チャンバの長さやノズル開口の形状等によっても異なるが、該チャンバの密封度を高めて短縮していたが、該チャンバの密封度を高めるために前記連通孔の開口面積を絞りすぎてしまうと前記共通インク室から前記チャンバに対して吐出に必要なインクが充分に供給されなくなり、印刷が正常に行われないという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、吐出に必要なインクを充分に供給でき、かつチャンバの密封度を極限まで高めることが可能な最小の前記連通孔のサイズを、前記チャンバの長手方向長さに対して定義したヘッドチップを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板に画成されて長手方向端部がノズル開口に連通するチャンバと、該チャンバの側壁に設けられた電極とを具備し、前記電極に駆動電圧を印加することにより前記チャンバ内の容積を変化させてその内部に充填されたインクを前記ノズル開口から吐出するヘッドチップにおいて、
前記基板上には前記チャンバに連通する共通インク室を画成するインク室プレートが接合されており、前記共通インク室は、前記チャンバと前記共通インク室とを仕切る仕切部を具備し、
当該仕切部のチャンバ長手方向を、前記ノズル開口と該ノズル開口近傍の仕切部に設置された前記共通インク室と前記チャンバを連通する連通孔との距離で、等間隔に分割する複数の連通孔が前記仕切部に設けられていると共に、複数の該連通孔の前記仕切部面積に対する１個あたりの開口率が一定であり、
前記チャンバの長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、前記仕切部面積に対する前記連通孔１個あたりの開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の関係が成り立つ連通孔のサイズをＳminとし、複数の前記連通孔が互いに連結する連通孔のサイズをＳmaxとした時に、Ｓmin≦連通孔のサイズ＜Ｓmaxであることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記仕切部が別部材で形成されていることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記基板が圧電セラミックプレートで形成されており、該圧電セラミックプレートに溝を形成することにより前記チャンバが画成されていることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１又は２の態様において、前記基板上に圧電セラミックからなる前記側壁を所定間隔で配置して、前記側壁間に前記チャンバを画成していることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記基板上に圧電セラミックからなる前記側壁を所定間隔で配置して、前記側壁間に前記チャンバを画成していると共に前記基板上には前記共通インク室が画成されており、前記チャンバと前記共通インク室とが当該チャンバの長手方向一端で連通していることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１６】
かかる本発明では、吐出に必要なインクを充分に供給でき、かつチャンバの密封度を極限まで高めることが可能な最小の前記連通孔のサイズを、前記チャンバの長手方向長さに対して定義することにより、インク供給特性及びインク吐出特性を悪化させずにチャンバ内の圧力が減衰する収束時間を短縮することができ、インクを高速で連続吐出して高速印刷を実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、ヘッドチップのチャンバ長手方向の断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ′線断面図であり、第１または第３の実施形態を示す。
【００１９】
ヘッドチップ１１について詳しく説明する。図１及び図２に示すように、ヘッドチップ１１を構成する圧電セラミックプレート１６には、複数の溝からなるチャンバ１７が並設され、各チャンバ１７は、側壁１８で分離されている。各チャンバ１７の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１６の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各チャンバ１７内の両側壁１８の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１９が形成されている。
【００２０】
ここで、圧電セラミックプレート１６に形成される各チャンバ１７は、例えば、円盤状のダイスカッターにより形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイスカッターの形状により形成されてしまう。また、各チャンバ１７内に形成される電極１９は、例えば、公知の斜め方向からの蒸着により形成される。
【００２１】
圧電セラミックプレート１６のチャンバ１７の開口側には、接着剤３５を介してインク室プレート２０が接合されている。このインク室プレート２０には、各チャンバ１７と連通する凹部となる共通インク室２１を有し、該共通インク室２１は、これに通じるインク供給口２２を備えた共通インク室ふた３３で密閉されている。インク室プレート２０は、セラミックプレート、金属プレートなどで形成することができるが、圧電セラミックプレート１６との接合後の変形等を考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用いるのが好ましい。
【００２２】
このようなインク室プレート２０には、チャンバ１７と共通インク室２１とを連通し、チャンバ１７の長手方向に等間隔に複数個、かつ厚さ方向に貫通して連通孔３２が設けられた仕切部３０が設けられている。
【００２３】
これにより、各連通孔３２の間隔、つまりノズル開口２４近傍に位置する連通孔３２からノズル開口２４までの距離をポンプ部１７ａとして、その長さがヘッドチップ１１のポンプ長となる。該ポンプ長により、インク吐出後に側壁１８の振動が停止してからチャンバ１７内の音圧が繰り返し反射して生じた圧力が減衰する収束時間が決定される。このため、ポンプ部１７ａの長さを連通孔３２の位置（数）によって容易に規定でき、収束時間を短縮することができる。
【００２４】
なお、このような連通孔３２の数は、特に限定されず、吐出能力に影響が出ない範囲の数を配置可能であり、さらにチャンバ１７の浅くなった端部に気泡が滞留するのを防止するために、該端部と対向する位置に連通孔３２を設ける。
【００２５】
また、圧電セラミックプレート１６とインク室プレート２０との接合体のチャンバ１７が開口している端面には、ノズルプレート２３が接合されており、ノズルプレート２３の各チャンバ１７に対向する位置にはノズル開口２４が形成されている。
【００２６】
このノズルプレート２３は、ポリイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル開口２４を形成したものである。また、図示しないが、ノズルプレート２３の被印刷物に対向する面には、インクの付着等を防止するために撥水性を有する撥水膜が設けられている。
【００２７】
また図示しないインクカートリッジやインクパックから導入されたインクは、図示しないインク流路を通ってインク供給口２２より共通インク室２１に充填され、さらに連通孔３２を通りチャンバ１７内に充填される。
【００２８】
ここで前記チャンバ１７の長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、前記仕切部３０の該チャンバ１個あたりの面積に対する、１個あたりの前記連通孔３２の開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の式で、該連通孔の最小面積を決定することにより、該チャンバのインク供給不足を回避することができる。ここで前記連通孔の最大サイズが複数の前記連通孔が連結するサイズとなることは、本ヘッドチップの構造上いうまでもない。
【００２９】
なお、上述した実施形態では、絶縁性のインクを使用するヘッドチップを例示したが、水性インク等の導電性インクを使用するヘッドチップとしてもよい。
【００３０】
このようにヘッドチップに水性インク等の導電性インクを用いる場合、チャンバ１７内のインクによって電極が導通してしまい、インクが電気分解を起こすと共に正常な駆動を行えないため、圧電セラミックプレートにインクを吐出させるチャンバと、インクの充填されないダミーチャンバとを交互に配置して導電性インクが吐出されるようにするが、このダミーチャンバへのインク充填の防止を仕切部によって行うようすればよい。
【００３１】
このように導電性インクを用いるヘッドチップでも、インクを吐出させるチャンバに対する仕切部に、前記絶縁性のインクを使用するヘッドチップ１１の場合と同様に複数の連通孔３２を設置すれば同様の効果が得られる。
【００３２】
図３は、ヘッドチップのチャンバ長手方向の断面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ′線断面図であり、第２または第３の実施形態を示す。
【００３３】
第１の実施形態と異なる点は、共通インク室２１に通じるインク供給口２２を備えた共通インク室ふた３３がなく、インク室プレート２０は仕切部３０を備えていないことであり、連通孔３２を有する仕切部３０が別部材となっていることのみであり、その他の点は全て第１の実施形態と同じである。
【００３４】
このような構成のヘッドチップ１１は、まず、圧電セラミックプレート１６とインク室プレート２０とを仕切部３０を挟持するように接合し、その接合体の端面にノズルプレート２３を接合する。
【００３５】
このようなヘッドチップ１１としても、チャンバ１７の長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、仕切部３０の該チャンバ１個あたりの面積に対する、１個あたりの前記連通孔３２の開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の式で、該連通孔の最小面積を決定することにより、該チャンバのインク供給不足を回避することができる。ここで前記連通孔の最大サイズが複数の前記連通孔が連結するサイズとなることは、本ヘッドチップの構造上いうまでもない。
【００３６】
また、第１の実施形態と同様の方法で導電性インクを用いることもできる。
【００３７】
図５と図６は、本発明の第４の実施形態で、図５はその内の一実施形態に係るヘッドチップ長手方向断面図であり、図６は図５のＡ−Ａ′線断面図である。
【００３８】
図示するように、ヘッドチップ１１Ａは、基板１６Ａ上に圧電セラミックからなる側壁１８Ａを所定間隔で配置して、各側壁１８Ａ間にチャンバ１７Ａが画成されている。
【００３９】
また、基板１６Ａ上には、封止板６０Ａが設けられ、該封止板によりチャンバ１７Ａの長手方向一端は密閉される。
【００４０】
また、チャンバ１７Ａとインク室プレ−ト２０Ａに設けられた共通インク室２１Ａとの間には仕切部３０Ａがあり、該仕切部には所定間隔で均等に設けられた複数の連通孔３２Ａが設置される。
【００４１】
さらに、チャンバ１７Ａの両側壁１８Ａに設けられた電極１９Ａは、該側壁の全面に亘って設けられており、該電極と図示しない駆動回路との導通は、配線６１Ａによって接続されるが、該電極と該配線との導通は、例えば配線６１Ａを基板１６Ａと各側壁１８Ａとの間の両側に画成されたチャンバ１７Ａに沿って延設し、延設した配線６１Ａの幅方向両端部で電極１９Ａと確実に接触することで達成している。
【００４２】
このようなヘッドチップ１１Ａとしても、チャンバ１７Ａの長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、仕切部３０Ａの該チャンバ１個あたりの面積に対する、１個あたりの前記連通孔３２Ａの開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の式で、該連通孔の最小面積を決定することにより、該チャンバのインク供給不足を回避することができる。ここで前記連通孔の最大サイズが複数の前記連通孔が連結するサイズとなることは、本ヘッドチップの構造上いうまでもない。
【００４３】
また、第１の実施形態と同様の方法で導電性インクを用いることもできる。
【００４４】
さらに、ここでは仕切部３０Ａを別部材としたが、インク室プレート２０Ａが該仕切部を具備し、共通インク室２１Ａを該共通インク室に通じるインク供給口２２Ａを備えた別部材の前記共通インク室ふたで形成する構造としても問題がないことは言うまでもない。
【００４５】
図７と図８は、本発明の第５の実施形態で、図７はその内の一実施形態に係るヘッドチップ長手方向断面図であり、図８は図７のＡ−Ａ′線断面図である。
【００４６】
第４の実施形態と異なる点は、封止板６０Ａの外側に第２封止板６０Ｂがあり、封止板６０Ａにはチャンバ１７Ａと対向する位置に連通孔３２Ａと同サイズの連通孔３２Ｂが設けられ、インク室プレ−ト２０Ａに設置された共通インク室２１Ａを第１インク室２１ａとし、該封止板と該第２封止板との間で第２インク室２１ｂが画成され、連通孔３２Ｂが第２インク室２１ｂとチャンバ１７Ａを連通させていると共に、仕切部３０Ａには前記第１インク室２１ａと前記第２インク室２１ｂを連通させるインク供給連通孔３１Ａが設置されており、封止板６０Ａの近傍に存在した連通孔３２Ａが仕切部３０Ａから削除されていることのみであり、その他の点は全て第４の実施形態と同じである。
【００４７】
このようなヘッドチップ１１Ａとしても、チャンバ１７Ａの長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、仕切部３０Ａの該チャンバ１個あたりの面積に対する、１個あたりの前記連通孔３２Ａの開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の式で、該連通孔の最小面積を決定することにより、該チャンバのインク供給不足を回避することができる。ここで前記連通孔の最大サイズが複数の前記連通孔が連結するサイズとなることは、本ヘッドチップの構造上いうまでもない。
【００４８】
また、封止板６０Ａを用いて前記ダミ−チャンバを密閉し、かつ第１の実施形態と同様の方法を併用すれば、導電性インクを用いることもできる。
【００４９】
さらに、ここでは仕切部３０Ａを別部材としたが、インク室プレート２０Ａが該仕切部を具備し、共通インク室２１Ａを該共通インク室に通じるインク供給口２２Ａを備えた別部材の前記共通インク室ふたで形成する構造としても問題がないことは言うまでもない。
【００５０】
最後に連通孔３２、３２Ａのサイズの定義を図９により説明する。図９は、１個のチャンバ１７、１７Ａ上に位置する仕切部３０、３０Ａと該仕切部が有する複数の連通孔３２、３２Ａの平面図である。
【００５１】
チャンバ１７、１７Ａの長手方向の長さはＹ（ｍｍ）、チャンバ１７、１７Ａの幅はＺ（ｍｍ）、１個の連通孔３２、３２Ａの形状を長方形とした場合の長辺の長さをＡ（ｍｍ）、短辺の長さをＢ（ｍｍ）とする。ここで１個のチャンバ１７、１７Ａに対する仕切部３０、３０Ａの面積に対する前記連通孔３２、３２Ａの１個あたりの開口率をＸ（％）とすると、Ｘ（％）＝（Ａ×Ｂ）×１００／（Ｙ×Ｚ）となる。また、ここでは連通孔３２、３２Ａの形状を長方形としたが形状はなんでもよく、例えば楕円形や円形であってもよいことは言うまでもない。
【００５２】
（実施例１）
図１０は、本発明の実施例１に係るヘッドチップが有するチャンバ１個に対する仕切部３０の平面図である。
【００５３】
図示するように、実施例１のヘッドチップは、仕切部３０における連通孔３２の間隔を１．８ｍｍとして該連通孔を３個有している。該連通孔の間隔は、各連通孔３２の中心間距離とし、当該チャンバの長手方向一端部の前記ノズル開口とは反対側の一端に存在する連通孔３２のサイズのみ他の半分とした。
【００５４】
このようなヘッドチップのチャンバ長手方向の長さはＹ＝５．４ｍｍであり、該連通孔の大きさはＡ×Ｂ＝０．０９ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．１８ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．２７ｍｍ×０．０６ｍｍ、及び０．３６ｍｍ×０．０６ｍｍの４つのヘッドチップとした。
【００５５】
（実施例２）
図１１は、本発明の実施例２に係るヘッドチップが有するチャンバ１個に対する仕切部３０の平面図である。
【００５６】
図示するように、実施例２のヘッドチップは、仕切部３０における連通孔３２の間隔を１．８ｍｍとして該連通孔を４個有している。該連通孔の間隔は、各連通孔３２の中心間距離とし、当該チャンバの長手方向一端部の前記ノズル開口とは反対側の一端に存在する連通孔３２のサイズのみ他の半分とした。
【００５７】
このようなヘッドチップのチャンバ長手方向の長さはＹ＝７．２ｍｍであり、該連通孔の大きさはＡ×Ｂ＝０．０９ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．１８ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．２７ｍｍ×０．０６ｍｍ、及び０．３６ｍｍ×０．０６ｍｍの４つのヘッドチップとした。
【００５８】
（実施例３）
図１２は、本発明の実施例３に係るヘッドチップが有するチャンバ１個に対する仕切部３０の平面図である。
【００５９】
図示するように、実施例３のヘッドチップは、仕切部３０における連通孔３２の間隔を１．８ｍｍとして該連通孔を５個有している。該連通孔の間隔は、各連通孔３２の中心間距離とし、当該チャンバの長手方向一端部の前記ノズル開口とは反対側の一端に存在する連通孔３２のサイズのみ他の半分とした。
【００６０】
このようなヘッドチップのチャンバ長手方向の長さはＹ＝９．０ｍｍであり、該連通孔の大きさはＡ×Ｂ＝０．０９ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．１８ｍｍ×０．０６ｍｍ、０．２７ｍｍ×０．０６ｍｍ、及び０．３６ｍｍ×０．０６ｍｍの４つのヘッドチップとした。
【００６１】
（試験例）
実施例１の４種類のヘッドチップと、実施例２の４種類のヘッドチップ及び、実施例３の４種類のヘッドチップとについて、ノズル抵抗をそれぞれ４０％、６０％及び８０％とした場合のノズル開口２４における圧力挙動を測定した。この際、チャンバ１７の両側壁１８のチャンバに対して外側に移動する最大変位量が０．０１μｍとなるように電極１９に電圧を与え、その状態が２５μ秒以上継続するようにした。チャンバ１７の幅Ｚは、０．０７８ｍｍとした。
【００６２】
さらに連通孔３２の間隔によって時間が決定されるＡＰ時間後の圧力値を抽出し、各実施例の各ノズル抵抗値に対する該圧力値の変動傾向から、圧力値が正となる、１個のチャンバ１７が占める仕切部３０の面積に対する１個あたりの前記連通孔３２の開口率Ｘ（％）を求めた。 ここでＡＰ時間の長さは全連通孔の間隔が１．８ｍｍであるので２．１μ秒で同一であり、またＡＰ時間後の圧力値が正であればインクは正しく供給されていることを示す。
【００６３】
図１３に実施例１の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【００６４】
図１４に実施例２の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【００６５】
図１５に実施例３の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【００６６】
上記図１３〜図１５より読み取った、各チャンバの長手方向長さとノズル抵抗値の組合せに対する、ＡＰ時間後にノズル開口２４において圧力値が正となる場合の、前記開口率Ｘ（％）の値を表１に記す。
【００６７】
【表１】
表１より、チャンバ長Ｙ（ｍｍ）と連通孔１個あたりの開口率Ｘ（％）の関係式を求めるとＹ＝−４．５Ｘ＋１５．８となり、全ての場合にて該関係式とＹの値から導出されるＸの値は表１の開口率Ｘ（％）よりも大となり、チャンバ内圧力は常に正となる。
【００６９】
このことから実験例１〜３に示すようなモデルのヘッドチップにおいて、上式がインク供給不足とならない最小の連通孔１個あたりの面積を決定していることが判明する。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、共通インク室の仕切部のチャンバ長手方向を前記ノズル開口と該ノズル開口近傍の仕切部に設置された前記共通インク室と前記チャンバを連通する連通孔との距離で、等間隔に分割する複数の前記連通孔が前記仕切部に設けられており、当該チャンバの長手方向一端部の前記ノズル開口とは反対側の一端に前記連通孔を有すると共に、複数の該連通孔の前記仕切部面積に対する１個あたりの開口率が一定であるヘッドチップにおいて、
前記チャンバの長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、前記仕切部面積に対する前記連通孔１個あたりの開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の関係を前記連通孔の最小サイズとして定義することにより、吐出に必要なインクを充分に供給でき、かつ溝の密封度を極限まで高めることができ、チャンバ内の圧力が減衰する収束時間を短縮して、連続吐出の高速化、すなわち印刷の高速化が図れるとともに、印刷品質の安定化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１または第３の実施形態に係るヘッドチップの長手方向断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′断面図である。
【図３】本発明の第２または第３の実施形態に係るヘッドチップの長手方向断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ′断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態で、その内の一実施形態に係るヘッドチップ長手方向断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ′断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態で、その内の一実施形態に係るヘッドチップ長手方向断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ′断面図である。
【図９】本発明の全実施形態に係るヘッドチップのチャンバ１個に対応する仕切部の平面図である。
【図１０】本発明の実施例１に係るヘッドチップのチャンバ１個に対応する仕切部の平面図である。
【図１１】本発明の実施例２に係るヘッドチップのチャンバ１個に対応する仕切部の平面図である。
【図１２】本発明の実施例３に係るヘッドチップのチャンバ１個に対応する仕切部の平面図である。
【図１３】実施例１の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【図１４】実施例２の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【図１５】実施例３の場合の各連通孔開口率に対する１ＡＰ後の圧力値を、各ノズル抵抗値で割振ったグラフを示す。
【図１６】（ａ）従来技術に係るヘッドチップの概要を示す長手方向断面図である。
（ｂ）従来技術に係るヘッドチップの概要を示す要部断面図である。
【図１７】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す断面図である。
【符号の説明】
１１、１１Ａ ヘッドチップ
１６ 圧電セラミックプレート
１６Ａ 基板
１７、１７Ａ チャンバ
１７ａ ポンプ部
１８、１８Ａ 側壁
１９、１９Ａ 電極
２０、２０Ａ インク室プレート
２１、２１Ａ 共通インク室
２１ａ 第１インク室
２１ｂ 第２インク室
２２、２２Ａ インク供給口
２３、２３Ａ ノズルプレート
２４、２４Ａ ノズル開口
３０、３０Ａ 仕切部
３１Ａ インク供給連通孔
３２、３２Ａ、３２Ｂ 連通孔
３３ 共通インク室ふた
３５ 接着剤
６０Ａ 封止板
６０Ｂ 第２封止板
６１Ａ 配線
Claims (5)
- 基板に画成されて長手方向端部がノズル開口に連通するチャンバと、該チャンバの側壁に設けられた電極とを具備し、前記電極に駆動電圧を印加することにより前記チャンバ内の容積を変化させてその内部に充填されたインクを前記ノズル開口から吐出するヘッドチップにおいて、
前記基板上には前記チャンバに連通する共通インク室を画成するインク室プレートが接合されており、前記共通インク室は、前記チャンバと前記共通インク室とを仕切る仕切部を具備し、
当該仕切部のチャンバ長手方向を、前記ノズル開口と該ノズル開口近傍の仕切部に設置された前記共通インク室と前記チャンバを連通する連通孔との距離で、等間隔に分割する複数の連通孔が前記仕切部に設けられていると共に、複数の該連通孔の前記仕切部面積に対する１個あたりの開口率が一定であり、
前記チャンバの長手方向の長さをＹ（ｍｍ）、前記仕切部面積に対する前記連通孔１個あたりの開口率をＸ（％）とすると、Ｙ＝−４．５Ｘ＋１５．８の関係が成り立つ連通孔のサイズをＳminとし、複数の前記連通孔が互いに連結する連通孔のサイズをＳmaxとした時に、Ｓmin≦連通孔のサイズ＜Ｓmaxであることを特徴とするヘッドチップ。 - 前記仕切部が別部材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドチップ。
- 前記基板が圧電セラミックプレートで形成されており、該圧電セラミックプレートに溝を形成することにより前記チャンバが画成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドチップ。
- 前記基板上に圧電セラミックからなる前記側壁を所定間隔で配置して、前記側壁間に前記チャンバを画成していることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドチップ。
- 前記基板上には前記共通インク室が画成されており、前記チャンバと前記共通インク室とが当該チャンバの長手方向一端で連通していることを特徴とする請求項４に記載のヘッドチップ。
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