JP4006957B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, e.g. INK-JET PRINTERS, THERMAL PRINTERS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2002/14403—Structure thereof only for on-demand ink jet heads including a filter
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、インクタンクからインクを共通インク室へ供給し、その共通インク室から複数の圧力室にインクを分配して、各圧力室に選択的に圧力を付与することによりノズル孔からインク滴を吐出する。ノズル孔や圧力室が外部から侵入するコミ等で閉塞しないように、インクタンクを接続するインクジェットヘッドの開口部分にフィルタを設け、ゴミ等が侵入するのをふせいでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インクジェットヘッド内には、製造時にゴミ等が侵入することがあり、これは上記フィルタでは除去することができず、ノズル孔や圧力室を閉塞させてしまう。
【０００４】
また、インク吐出時の圧力変動によるクロストークを防止するために、特別な構成を必要とし、構造が複雑であった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、製造時に侵入するゴミ等でノズル孔や圧力室を閉塞させることを少なくするインクジェットヘッドを提供する。さらに、特別な構成を追加することなく、圧力変動を吸収してクロストークを防止し、優れた品質の記録を実現するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、一端がインクを吐出するノズルと連通する圧力室を複数備えるとともに、複数の前記圧力室が列状に配列された方向に延在し、前記各圧力室の他端と連通する共通インク室を備え、前記共通インク室から前記各圧力室にインクを供給するインクジェットヘッドにおいて、複数の前記圧力室が形成された一の領域と、この一の領域と並んで配置される前記複数の圧力室が形成されていない他の領域とを有する第１の基板と、前記共通インク室となる開口が、前記一の領域及び前記他の領域に対応する位置に形成された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に位置するものであって、前記圧力室の各々に対応して前記共通インク室及び前記各圧力室の他端と連通するフィルタ孔群が形成されており、前記他の領域と対応する位置には、前記共通インク室に臨み、前記共通インク室となる前記開口とともに前記共通インク室を画定する部分を有する第３の基板と、前記第１の基板と前記第３の基板との間に位置するものであって、
前記圧力室の他端と前記フィルタ孔群とを連通させる連通路を複数有し、さらに、前記他の領域と対向する領域には前記第３の基板を前記共通インク室内の圧力変動にともない変形可能とするための空間となる開口を有する、第４の基板とを、積層する構造とする。
【０００７】
このように、複数の圧力室と共通インク室との間にフィルタ孔を介在させることで、インクジェットヘッドの製造時に侵入するゴミ等が、共通インク室から圧力室へ流入して圧力室からノズル孔までの流路に存在する確率を低減させ、圧力室やノズル孔を閉塞することを防ぐ。また、複数の圧力室を有する第１の基板と共通インク室を有する第２の基板との間に、フィルタ孔を有する第３の基板を挟むことで、複数の圧力室に対してそれぞれフィルタを容易に設置することを可能にする。
【０００８】
また、第３の基板の共通インク室を画定する部分を共通インク室内の圧力変動にともない変形可能とすることで、共通インク室内の圧力変動を吸収しクロストークを防止するようにしている。
【０００９】
また、前記第３の基板の厚さは約５μｍ〜約２０μｍで、フィルタ孔の直径は約１５μｍとすることで、上記構成を実現している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって説明する。
【００１１】
インクジェットヘッドは、キャビティプレート組１０とアクチュエータユニット３０とからなる。キャビティプレート組１０は、インク流路となる開口をエッチングにより形成した複数の基板１１〜１９を、積層して相互に接着した構造である。最上層の基板１１は複数の圧力室２０を複数列たとえば２列にかつ１つの平面状に配置して備え、最下層の基板１９は、インク滴を吐出する複数のノズル孔２１を有する。その両基板間に位置する他の基板１２〜１８は、各圧力室２０の一端をノズル孔２１に連通するための連通孔２２をそれぞれ備える。５番目〜７番目の基板１５〜１７は、各圧力室２０の列の下に対応してその列方向に延びる共通インク室２３，２３を有する。各圧力室２０の他端は、断面積を縮小した制限流路２０ａになっており、その制限流路２０ａは、図５および図６に詳細に示すように２番目の基板１２の連通路２４、３番目の基板１３のフィルタ孔２５、４番目の基板１４の連通孔２６を介して共通インク室２３に連通している。３番目の基板１３は、電鋳によって製作し厚さ５〜２０μｍの弾性を有する薄板で、連通路２４の端部と連通孔２６とに対向する位置に直径１５μｍ以下のフィルタ孔２５を多数有している。
【００１２】
２列の圧力室２０は、ノズル孔２１側の端部を相互に対向するように位置し、また、各列の圧力室２０は、共通インク室２３の上方を横切る方向に延び、その各圧力室２０の他端に連通する連通孔２６は、共通インク室２３の長手方向の側縁に沿って開口している。２列の圧力室２０の一端とノズル孔２１とを連通させる２列の連通孔２２の間には、還流路２７を基板１５〜１８に設けている。つまり、共通インク室２３，２３と還流路２７とは、複数の圧力室２０がなす平面と平行な１つの平面状に位置する。
【００１３】
還流路２７は、２つの共通インク室２３，２３の間をそれらの長手方向と平行に延び、その一端を両共通インク室２３，２３の同側端部と相互に連通している。還流路２７の他端は、キャビティプレート組１０の上面に開口する開口２８に連通し、両共通インク室２３，２３の他端は、キャビティプレート組１０の上面に開口する開口２９，２９に連通している。
【００１４】
アクチュエータユニット３０は、特開平３−２７４１５９号公報に記載されたものと同様に、圧電セラミックス層と電極とを交互に積層しキャビティプレート組１０の上面に固定した構成で、圧電セラミックス層を挟む電極のうち少なくとも一方を圧力室２０の平面形状とほぼ相似形でかつそれよりもやや小さい平面形状としている。圧電セラミックス層を挟む２つの電極間に電圧を印加することにより、圧力室２０に対応する部分の圧電セラミックス層を変形させ圧力室２０内のインクに圧力を与え、そのインクをノズル孔２１から吐出することができる。アクチュエータユニット３０は、上記圧電または電歪変形のほか、静電気、熱によるインクの局部的な沸騰などの力を利用してインクに吐出圧力を付与するものを用いることもできる。
【００１５】
図３に示すように、インク供給源すなわちインクタンク４０は、内部にインクを貯留し、底面に、２つの共通インク室２３，２３の各開口２９，２９と対向する２つのインク供給口４１，４１と、還流路２７の開口２８と対向する還流口４２を備える。キャビティプレート組１０の３つの開口２８，２９，２９は、キャビティプレート組１０の上面の一側に並んで位置しており、インクタンク４０はインク供給口４１，４１、還流口４２を各開口２８，２９，２９に接続して、その一側部分に容易に着脱可能に装着することができる。
【００１６】
インクタンク４０は、内部のインク貯留室をインク供給口４１，４１に連通する第１の部屋４４と、還流口４２に連通する第２部屋４５とに仕切る仕切壁４３を備え、その仕切壁４３に、第２の部屋４５から第１の部屋４４へのインクの流動を許す一方向流路手段４６を有する。また、第１の部屋４４には、該部屋内のインクをインク供給口４１，４１からキャビティプレート組１０内へ流動させるようにインクに圧力を付与する流動手段４７を接続する。流動手段４７としては、たとえば送風機、コンプレッサ等で第１の部屋４４内の圧力を高め、インクをインク供給口４１，４１から圧送するもの、あるいはインク供給口４１，４１に配置した液体ポンプ等を利用することができる。一方向流路手段４６としては、公知の一方向流動弁、または特開平１０−１５１７６１号公報に記載したものと同様に２つの弁手段を使用することができる。流動手段４７と一方向流路手段４６は、強制循環手段を構成する。
【００１７】
通常の記録状態では、流動手段４７は駆動しない。圧力室２０からインクを吐出した後、あるいは吐出する前にアクチュエータユニット３０の変形にともなって共通インク室２３から圧力室２０へインクを補給し、共通インク室２３へは、インクタンク４０からインク供給口４１を通って補給する。
【００１８】
このとき、共通インク室２３から圧力室２０への流路中に多数のフィルタ孔２５が位置するので、製造工程中に侵入したゴミ等が、共通インク室から圧力室へ流入して圧力室からノズル孔までの流路に存在する確率を低減させることができ、また、インクタンクの装着時に侵入したゴミも圧力室へ流入するのを防ぎ、圧力室２０からノズル孔２１までの流路を閉塞することを防ぐことができる。なお、フィルタは、上記フィルタのみでなく、開口２９にも設けてもよい。
【００１９】
共通インク室２３等にたまった気泡やゴミを除去するために、流動手段４７を駆動すると、インクタンク４０内のインクは、上記通常の記録状態のときよりも高速でインク供給口４１を通って共通インク室２３へ流れ、共通インク室２３から還流路２７、インクタンクの還流口４２、一方向流路手段４６を通ってインクタンクの第１の部屋４４に戻る。このインクの速い流れとともに共通インク室２３等の気泡やゴミもインクタンク４０に回収することができる。このとき、キャビティプレート組１０のノズル孔２１は、公知のキャップ５０により覆っておくことが望ましい。必要に応じキャップ５０に接続した吸引手段により圧力室２０，連通孔２３，ノズル孔２１内のインクを吸引することで、それらの中の気泡、乾燥し始めたインク等を除去することができる。これらのインクの循環動作、吸引動作により、インクの吐出状態を回復したり良好に維持することができる。吸引動作では、共通インク室２３内のインクを大量に排出する必要がないから、無駄にするインクが少ない。
【００２０】
また、インク吐出時の圧力変動によるクロストークを防止するために、共通インク室２３の一部の領域の機械的剛性を弱くしている。たとえば、図２に示すように、共通インク室２３の開口２９と反対側つまり還流路２７と接続する側の端部で、各圧力室の他端が前記共通インク室に連通する領域から離れた領域に、圧力室の他端が共通インク室に連通する領域よりも幅が広い部分２３ａを設けている。また、図４に示すように、上記幅広部分２３ａに対応する基板１２，１４の部分を開口１２ａ，１４ａとして、それに対応する基板１３の部分の下面を幅広部分２３ａに臨ませ、上面を空間とすることで、その基板１３の部分が圧力変動により弾性変形するようにしている。
【００２１】
上記のように構成することで、多数の圧力室２０から同時にインク吐出したとき、圧力室２０から共通インク室２３に圧力変動が及ぶが、このとき多量のインクの補給のために共通インク室２３内に開口２９から幅広部分２３ａ側に向けて比較的速いインクの流れが生じているので、共通インク室２３内に発生した圧力波は、そのインクの流れにともない、幅広部分２３ａ側に大部分を伝播し、共通インク室２３が幅広部分２３ａで断面積を拡大していることで圧力変動が緩衝される。またその幅広部分２３ａに対応する基板１３が弾性変形して、圧力変動を吸収し、次のインク吐出時に圧力室に圧力変動が及ぶクロストークを防止することができる。
【００２２】
上記のように幅広部分２３ａを設けることと、基板１３を弾性変形させることは、併用することがもっとも効果的であるが、一方のみでもよい。なお、幅広部分２３ａの上方は、基板１１〜１３を設けることなく基板１４のみにし、また下方は、基板１９のみにして、基板１４，１９を弾性変形させるようにしてもよい。つまり、幅広部分２３ａを構成するキャビティプレート組１０の部分（１３または１４，１９）は、幅の広い空間を内包することで、他の部分よりも機械的剛性が著しく弱くなっており、圧力変動を吸収させやすいが、基板１３のように一層薄いものであることが好ましい。
【００２３】
なお、このとき、仮に圧力室に対応する共通インク室２３の部分の剛性を弱くすると、圧力室の列の中央と両端とでキャビティプレート組１０の機械的剛性がばらつき、圧力室での発生圧力にばらつきがでて、インク吐出を均一に行うことができなくなるが、上記のように圧力室の他端が共通インク室に連通する領域から離れた領域に幅広部分２３ａを形成することで、全圧力室に対して剛性が均一になりインク吐出を均一に行うことができる。
【００２４】
また、上記のように圧力室２０と共通インク室２３との間にフィルタ孔２５を介在させているので、圧力室２０から共通インク室２３に向かう圧力波を、フィルタ孔２５の抵抗により緩衝でき、上記のクロストーク防止効果を一層高めることができる。また、幅広部分２３ａを還流路２７と反対側に幅広く形成しているので、還流路２７の大きさや配置を制限することなく、幅広部分２３ａを設け、インクジェットヘッドを小型にすることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明は、インクジェットヘッドの製造時に侵入するゴミ等が、共通インク室から圧力室へ流入して圧力室からノズル孔までの流路に存在する確率を低減させ、圧力室やノズル孔を閉塞することを防ぐことができる。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態を示すインクジェットヘッドの断面図で、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】 図１のインクジェットヘッドのアクチュエータユニットを取り外した状態の平面図である。
【図３】 図１のインクジェットヘッドにインクタンクを装着した状態の断面図で、図２のＢ−Ｂ線断面位置に相当する断面図である。
【図４】 図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】 図１のフィルタ孔部分の拡大断面図である。
【図６】 図１のフィルタ孔部分の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１１〜１９ 基板
２０ 圧力室
２３ 共通インク室
２５ フィルタ孔
２７ 還流路
４０ インクタンク
Claims (2)
- 一端がインクを吐出するノズルと連通する圧力室を複数備えるとともに、
複数の前記圧力室が列状に配列された方向に延在し、前記各圧力室の他端と連通する共通インク室を備え、
前記共通インク室から前記各圧力室にインクを供給するインクジェットヘッドにおいて、
複数の前記圧力室が形成された一の領域と、この一の領域と並んで配置される前記複数の圧力室が形成されていない他の領域とを有する第１の基板と、
前記共通インク室となる開口が、前記一の領域及び前記他の領域に対応する位置に形成された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に位置するものであって、前記圧力室の各々に対応して前記共通インク室及び前記各圧力室の他端と連通するフィルタ孔群が形成されており、前記他の領域と対応する位置には、前記共通インク室に臨み、前記共通インク室となる前記開口とともに前記共通インク室を画定する部分を有する第３の基板と、
前記第１の基板と前記第３の基板との間に位置するものであって、
前記圧力室の他端と前記フィルタ孔群とを連通させる連通路を複数有し、
前記他の領域と対向する領域には前記第３の基板を前記共通インク室内の圧力変動にともない変形可能とするための空間となる開口を有する、第４の基板とを、
積層したことを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記第３の基板の厚さは約５μｍ〜約２０μｍで、フィルタ孔の直径は約１５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
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