JP3890852B2

JP3890852B2 - インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置

Info

Publication number: JP3890852B2
Application number: JP2000121461A
Authority: JP
Inventors: 剛己平本; 智明高橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: JP2001301167A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を吐出するノズルと連通する圧力発生室のー部を振動板で構成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズルと連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドとして、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものが実用化されている。
【０００３】
この方式では圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズルの配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
このようなインクジェット式記録ヘッドは、色インクを用いることにより、カラープリンタとして一般的に普及し、これに伴って印刷品質及び記録密度をさらに向上させることが要望されている。
【０００５】
ここで、印刷品質の向上では、特に色再現性を向上させることが課題となっており、各色のインクに加えさらにインク濃度の異なるインクを使用するなどインクを多色化して、色再現性を向上させるものが効果的である。
【０００６】
また、一般的にカラー印刷を行うインクジェット式記録ヘッドは、各色毎にノズルをヘッドの移動方向である主走査方向に交差する方向である副走査方向に一列に設け、この一列に設けられたノズル列を主走査方向に沿って並設している。しかし、多色化に伴いノズル列を増分したのでは、ヘッドが大型かつ高価格化してしまう。そこで1列の電圧アクチュエータ列及び圧力発生室の両側にリザーバを配し、圧力発生室を交互に異なったリザーバに連通し、ノズルを千鳥配列することにより、1列のアクチュエータ列及び圧力発生室を2色に分割する方式もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ノズルを千鳥配列した場合、紙面上でのドット着弾位置を合わせるために、千鳥配列されたノズル列毎に異なったタイミングで駆動したり、印字データをノズル列間分ずらして与えるなどの処理が必要となり、駆動回路がコストアップしてしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、インクを多色化して色再現性を向上し、且つ記録ヘッドを小型化すると共に製造コストを低減したインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【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、ノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧力発生素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、ヘッドの移動方向である主走査方向に交差する方向である副走査方向に並設された前記圧力発生室の列の両側に各圧力発生室にインクを供給するリザーバが形成されると共に、隣り合う前記圧力発生室はそれぞれ互いに異なる長手方向の端部において前記リザーバと連通する供給口を有し、前記圧力発生室が浅溝部と貫通孔部と延設部で形成され、且つ前記延設部のそれぞれに連通する前記ノズルが副走査方向に1列に設けられていて、前記流路形成基板は隣り合う前記圧力発生室の隔壁が形成された流路基板と、前記流路基板の一方の面を封止する前記ノズルが形成されたノズル基板と、前記流路基板の他方の面を封止する封止板とで形成されていて、前記浅溝部は前記流路基板の前記封止板側に形成された非貫通溝部であって、前記浅溝部の一方の端部は前記供給口により前記リザーバと連通していて、前記貫通孔部は前記浅溝部の他方の端部に位置し、前記流路基板を貫通する貫通孔であり、前記延設部は貫通孔部と前記ノズルとを連通する前記流路基板の前記ノズル基板側に形成された非貫通溝部であって、前記リザーバから前記ノズルに至る流路が前記供給口、前記浅溝部、前記貫通孔部、前記延接部の順で連通した唯一の流路を備えていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１０】
かかる第1の態様では、ノズル列を同じタイミングで駆動することができるため、色再現性を保持したまま、小型化、低コスト化を図ることができる。また、発生圧力をスムーズにノズルにつたえることができ、気泡排出性を高め、ノズルを主走査方向に同一な位置に配置することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第1の態様において、貫通孔部が供給口と反対側に形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１２】
かかる第２の態様では、気泡排出性を高め、安定してインクを吐出することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第1〜2の何れかの態様においてノズルが圧力発生素子の中央に対向していることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１４】
かかる第３の態様では、ノズル位置が副走査方向に1列になり、圧力発生室及びノズルを左右対称にすることができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなり前記圧力発生室及び前記リザーパが異方性エッチングにより形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１６】
かかる第４の態様では、圧力発生室及びノズルを高密度に且つ容易に形成することができる。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記流路形成基板が複数枚の積層板により形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１８】
かかる第５の態様では、圧力発生室及びノズルを高密度に且つ容易に形成することができる。
【００１９】
本発明の第６の態様は、第1〜5の何れかの態様において、並設された前記圧力発生室の列に対応して設けられた両側のリザーバには、それぞれ同色系のインクが配置されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２０】
かかる第６の態様では、両側のリザーバのそれぞれに同色系のインクが配置されるため、クリーニング時等にノズル近傍の混色による色調ずれ及び色むらが抑えられる。
【００２１】
本発明の第７の態様は、第１〜6の何れかの態様において、圧力発生素子が圧電素子であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２２】
かかる第７の態様では、圧電素子を用いることによって、インクの吐出を正確にコントロールすることができる。
【００２３】
本発明の第８の態様は、第7の態様において、前記圧力発生室の一部を構成する振動板に前記圧電素子の端部が当接して設けられると共に前記圧力発生室の各列に対して並び方向に列設されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２４】
かかる第８の態様では、各圧力発生室毎に設けられた縦振動モードの圧電素子の駆動によりインク滴が吐出される。
【００２５】
本発明の第９の態様は、第1〜8の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００２６】
かかる第９の態様では、ヘッドの色再現性を向上すると共に高密度化したインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
(実施形態１)
図1は、本発明のインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図、図2は流路形成基板の上面図、図3は、図2のA−A′断面図及びB−B′断面図である。
【００２９】
図示するように、流路形成基板10は、シリコン単結晶基板からなり、その一方面側の表層部分には、例えば、異方位エッチングによって複数の隔壁11によって画成された圧力発生室12（12A、12B）がその幅方向に並設されている。また、各圧力発生室12の列の両側には、各圧力発生室12にインクを供給するための第1リザーバ13A及び第2リサーバ13Bが、圧力発生室12と同様に異方性エッチングによって流路形成基板を貫通して形成されている。なお、圧力発生室12Aは第1リサーバ13と連通し、圧力発生室12Bは第2リサーバ13Bと連通している。
【００３０】
ここで、異方性エッチングは、ウェットエッチング又はドライエッチングの何れの方法を用いてもよく、シリコン単結晶板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより圧力発生室12は貫通することなく浅く形成されている。なお、ハーフエッチングはエッチング時間の調整により行われる。
【００３１】
また、本実施形態では、圧力発生室12は、長手方向端部の一方が第1リザーバ13Aもしくは第2リサーバ13Bと連通し、且つこの一方の端部の幅方向略中央には島部14が残るようにエッチングにより形成される。
【００３２】
この島部14を設けることによって、リサーバ13から各圧力発生室12にインクを供給する2つのインク供給口15が画成されている。具体的には、インク供給口15は、並設された各圧力発生室12に、交互に異なる端部に形成され、このインク供給口15を介して各圧力発生室12は第1のリザーパ13A及び第2のリサーバ13Bの一方と連通されている。すなわち、一つの圧力発生室12の列毎に、半分ずつの圧力発生室12が第1及び第2のリザーバ13A、13Bにそれぞれ連通されている。
【００３３】
このような対をなす圧力発生室12A、12Bが、その幅方向に交互に並設されて圧力発生室12の列を構成しており、圧力発生室12の列が形成された流路形成基板10の延設部18側の面には、ノズル21A、21Bが穿設されたノズルプレート20が接着剤や熱溶着フィルムを介して接着されている。
【００３４】
ここで、対をなす2つの圧力発生室12A、12Bの各ノズル21A、21Bは、圧力発生室12A、12Bの長手方向の位置が同一となるように、貫通孔部17から延設部18を通り中央部に向かって形成された流路が設けられ、並設された圧力発生室12の列には、圧力発生室12A及び12Bにそれそれ連通するノズル21A、21Bが、副走査方向に1列設けられる。
【００３５】
このように、インク供給口15、圧力発生室12、貫通孔部17、延設部18とリザーバ13からノズル21に至る流路を形成することにより、インクをよどみなく流すことが可能になり圧力発生室内への気泡の滞留を防止できる。
【００３６】
そして、このような並設された圧力発生室12が圧力発生室12の幅方向の位置が同一となるように複数列設けられ、並設された圧力発生室12にはそれそれ異なる色のインクカートリッジからインクが供給され、各色のインクが吐出されるようになっている。一方、流路形成基板10の圧力発生室12側の面は振動板30で封止され、この振動板30上には、さらに図示しない複数インクカートリッジに接続されるインク供給路41を有するヘッドケース40が固定されており、このインク供給路41と第1及び第2のリザーバ13A、13Bとはそれそれ振動板30に設けられたインク供給連通孔31を介して連通されている。
【００３７】
さらに、振動板30上の各圧力発生室12の列に対応する領域には、圧電素子50が各圧力発生室12毎に圧力発生室12の数だけ列設されている。この圧電素子50は、その先端が振動板30に設けられたアイランド部30aに当接されている。これらの圧電素子50は、圧電材料51と、電極形成材料52及び53とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層され、振動に寄与しない不活性領域が固定基板60に固着されている．なお、固定基板60と、振動板30、流路形成基板10及びノズルプレート20とは、ヘッドケース40を介して一体的に固定されている。
【００３８】
このように構成されたインクジェット式記録ヘッドでは、インクカートリッジに連通されるインク供給路41を介してリザーバ13A、13Bにインクが供給され、インク供給□15を介して各圧力発生室12に分配される。実際には、圧電素子50に電圧を印加することにより圧電素子50を収縮させる。これにより、振動板30が圧電素子50と共に引き上げられて圧力発生室12の容積が広げられ、圧力発生室12内にインクが引き込まれる。そして、ノズル21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧電素子50の電極形成材料52及び53に印加していた電圧を解除すると、圧電素子50が伸張されて元の状態に戻る。これにより、振動板30も変位して元の状態に戻るため圧力発生室12が収縮され、内部圧力が高まりノズル21からインク滴が吐出される。
【００３９】
このようなインクジェット式記録ヘッドは、ノズル列がヘッドの移動方向である主走査方向に沿うようにインクジェット式記録装置に搭載される。図4は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００４０】
図4に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及び複数色のカラーインク組成物を吐出するものとしている。なお、本実施形態では、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室12の列が3列設けられており、全体として6色のノズル列を有している。
【００４１】
このように配置されたノズル列には、それそれ異なる色のインクカートリッジ1A及び1Bからインクが供給され、6色のインク、本実施形態では、ブラック（B）、イエロー（Y）、シアン（C）、ライトシアン（LC）、マゼンダ（M）及びライトマゼンダ（LM）の各色が吐出されるようになっている。
【００４２】
また、本実施形態では、これら複数色のカラーインクの内、同色系の濃いインクと淡いインクとがそれそれ隣接するノズル列のそれぞれから吐出されるようにし、ブラックとイエローとが隣接するノズル列のそれぞれから吐出するようにしている。
【００４３】
そして、駆動モータ6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００４４】
なお、本実施形態では、キャリッジ3の移動方向の端部であるプラテン8の側方にキャップ9が設けられており、またこのキャップ9には、図示しない吸引ポンプが連結され、いわゆるクリーニング操作が行われるようになっている。なお、キャップ9はまた、所定時間以上印刷待機しているインクジェット式記録ヘッドのヘッド端面をキャッピングしてノズルの乾燥を防止する。
【００４５】
このようなインクジェット式記録装置では、カラー印刷を行うために記録シートS上で色を重ねて2次色を作成するようになっている。
【００４６】
本実施形態では、各ノズル21A、21Bを副走査方向に1列になるように設けているため、各ノズル21A、21Bを同一のタイミング及び同一列の印字データで駆動できる。
【００４７】
また、並設された圧力発生室12の隣接して対をなす圧力発生室12A、12Bのそれぞれに貫通孔部17A、17Bを設け、延設部18A、18Bを設けることにより、それそれの圧力発生室12A、12Bに連通するノズル21A、21Bの副走査方向を1列にすることができ、色再現性を向上することができると共にヘッドを小型化でき、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の上面図である。
【図３】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図４】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
10 流路形成基板
12 圧力発生室
13A 第1リザーバ
13B 第2リザーバ
14 島部
15A、15B インク供給口
16A、16B インク供給路
17A、17B 貫通孔部
18A、18B 延設部
20 ノズルプレート
21A、21B ノズル
30 振動板
40 ヘッドケース
41 インク供給路
50 圧電素子
60 固定基板

Claims

ノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧力発生素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
ヘッドの移動方向である主走査方向に交差する方向である副走査方向に並設された前記圧力発生室の列の両側に各圧力発生室にインクを供給するリザーバが形成されると共に、隣り合う前記圧力発生室はそれぞれ互いに異なる長手方向の端部において前記リザーバと連通する供給口を有し、前記圧力発生室が浅溝部と貫通孔部と延設部で形成され、且つ前記延設部のそれぞれに連通する前記ノズルが副走査方向に１列に設けられていて、
前記流路形成基板は隣り合う前記圧力発生室の隔壁が形成された流路基板と、前記流路基板の一方の面を封止する前記ノズルが形成されたノズル基板と、前記流路基板の他方の面を封止する封止板とで形成されていて、
前記浅溝部は前記流路基板の前記封止板側に形成された非貫通溝部であって、前記浅溝部の一方の端部は前記供給口により前記リザーバと連通していて、
前記貫通孔部は前記浅溝部の他方の端部に位置し、前記流路基板を貫通する貫通孔であり、
前記延設部は貫通孔部と前記ノズルとを連通する前記流路基板の前記ノズル基板側に形成された非貫通溝部であって、
前記リザーバから前記ノズルに至る流路が前記供給口、前記浅溝部、前記貫通孔部、前記延接部の順で連通した唯一の流路を備えていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、貫通孔部が前記供給口と反対側に形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
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においてノズルが圧力発生素子の中央に対向していることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなり前記圧力発生室及び前記リザーバが異方性エッチングにより形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板が複数枚の積層板により形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜５の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、並設された前記圧力発生室の列に対応して設けられた両側のリザーバには、それぞれ同色系のインクが配置されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜６の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧力発生素子が圧電素子であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項７に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室の一部を構成する振動板に前記圧電素子の端部が当接して設けられると共に前記圧力発生室の各列に対して並び方向に列設されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜８の何れか一項に記載のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置。