JP4069864B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、記録媒体にインクを吐出して印刷を行うインクジェット記録装置に使用するインクジェットヘッドに関する。
インクジェットヘッドは、インクタンクから供給されるインクを共通インク室から複数の圧力室に分配し、各圧力室に選択的にパルス状の圧力波を付与することにより、各圧力室に連通するノズルからインクを吐出する。このようなインクジェットヘッドとして、圧力室へのインクの供給を安定的に行うために、インクタンクから供給されるインクを貯留し、その貯留したインクを複数の圧力室に供給するインクリザーバを有するものがある。
ところで、インクタンクからインクリザーバ及び圧力室等を経てノズルに至るインクの流路には、インクタンクからインクが供給されるときのインク慣性による水撃現象などに起因してインクの圧力変動が生じる。このときに、所定タイミングで圧力室にパルス状の圧力波を付与したとしても、流路内の圧力変動の影響によりノズルから正常にインクを吐出させることができなくなる場合があり、その場合には、インクの吐出精度が低下することになる。そこで、前述の圧力変動を抑制する圧力変動吸収手段を有するインクジェットヘッドが提案されている。
例えば、共通インク室に連通するインクリザーバの上端部に、インクリザーバの開口部を封止する可撓性の封止膜を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。このインクジェットヘッドにおいては、開口部の位置において封止膜のインクリザーバと反対側の面は外部に露出しているため、封止膜が変形可能となっており、この封止膜が変形することによりインクリザーバ内のインクの圧力変動が吸収される。
また、圧力室にパルス状の圧力を付与したときに、圧力室からマニホールドに伝播する圧力波（後退成分）を吸収するために、圧力室に連通する共通インク室とダンパ室とを区画するとともに、共通インク室内のインクの圧力振動を減衰させる振動板を備えたものもある（例えば、特許文献２参照）。
しかし、前記特許文献１のインクジェットヘッドのように、封止膜が外部に露出していると、外部から作用する衝撃等により強度の弱い可撓性の封止膜が破損する虞がある。また、前記特許文献２のインクジェットヘッドの振動板は、あくまでもインク吐出の際に圧力室から共通インク室に伝播する圧力波の後退成分を吸収するものであり、この振動板が設けられている共通インク室はインク流路の末端であるノズルに近く、各圧力室に分岐する前の流路上流側の部分に比べてその面積は小さい。そのため、振動板がインクに接する面積は小さく、振動板の変形によりインク供給時に生じる大きな圧力変動を十分に吸収することは困難である。
本発明の目的は、インク供給時に生じるインク流路内の圧力変動を確実に吸収することができ、さらに、その圧力変動を吸収する為の可撓性膜が破損しにくいインクジェットヘッドを提供することである。
第１の発明のインクジェットヘッドは、一平面内において延在する共通インク室と、前記共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、前記流路ユニットに固定され、インクを貯留するインクリザーバを含むリザーバユニットとを備えており、前記リザーバユニットは、外部からインクが供給されるインク供給口から前記インクリザーバを経て共通インク室に至るインク供給流路を形成する積層状の複数枚のプレートと、これら複数枚のプレートのうちの前記インクリザーバを構成する複数枚のプレートに含まれ且つ互いに積層される２枚のプレートの間に設けられて、前記インクリザーバ内のインクの圧力変動を吸収する可撓性膜であって、前記インクリザーバをインクが充填される第１空間とこの可撓性膜を変形させる為のインクが充填されない第２空間とに仕切る可撓性膜とを有し、
前記２枚のプレートのうちの一方のプレートは、インクリザーバの前記第１空間を形成する第１空間形成穴を有し、他方のプレートは、インクリザーバの前記第２空間を形成する、前記第１空間形成穴と略等しい形状の第２空間形成穴を有し、
前記複数枚のプレートのうち、前記一方のプレートの前記可撓性膜と反対側に積層されるプレートには、前記第１空間に連通するとともに、前記第１空間に充填されたインクを前記流路ユニットの前記共通インク室へ向けて流出させる複数のインク流出穴が形成されており、
前記第１空間形成穴は、前記一方のプレートの中央部に位置し、前記第１空間の主流路を形成する主流路形成部分と、前記主流路形成部分から分岐してプレートの縁に向けて延在し、前記第１空間の複数の傍流路をそれぞれ形成する、前記主流路形成部分よりも幅の狭い複数の傍流路形成部分とからなり、
前記複数のインク流出穴は、前記複数の傍流路形成部分の先端部と対応する位置にそれぞれ配置されていることを特徴とするものである。
前記２枚のプレートのうちの一方のプレートは、インクリザーバの前記第１空間を形成する第１空間形成穴を有し、他方のプレートは、インクリザーバの前記第２空間を形成する、前記第１空間形成穴と略等しい形状の第２空間形成穴を有し、
前記複数枚のプレートのうち、前記一方のプレートの前記可撓性膜と反対側に積層されるプレートには、前記第１空間に連通するとともに、前記第１空間に充填されたインクを前記流路ユニットの前記共通インク室へ向けて流出させる複数のインク流出穴が形成されており、
前記第１空間形成穴は、前記一方のプレートの中央部に位置し、前記第１空間の主流路を形成する主流路形成部分と、前記主流路形成部分から分岐してプレートの縁に向けて延在し、前記第１空間の複数の傍流路をそれぞれ形成する、前記主流路形成部分よりも幅の狭い複数の傍流路形成部分とからなり、
前記複数のインク流出穴は、前記複数の傍流路形成部分の先端部と対応する位置にそれぞれ配置されていることを特徴とするものである。
インク供給口から供給されたインクは、一旦インクリザーバに貯留された後、このインクリザーバから共通インク室に供給される。さらに、共通インク室から個別インク流路を介して各ノズルにインクが供給され、ノズルからインクが吐出される。ここで、リザーバユニットは、インク供給口から前記インクリザーバを経て共通インク室に至るインク供給流路を形成する積層状の複数枚のプレートを有し、これら複数枚のプレートには、インクリザーバを形成する複数枚のプレートが含まれている。そして、これらインクリザーバを形成する複数枚のプレートに含まれ互いに積層された２枚のプレートの間には、インクリザーバ内にインクが供給されたときなどに生じる、インクの圧力変動を吸収する可撓性膜が設けられている。さらに、インクリザーバは、この可撓性膜により、インクが充填される第１空間と、可撓性膜を変形させる為のインクが充填されない第２空間とに仕切られている。
インクリザーバはインクを一旦貯留するためにその容積（面積）はインク供給流路の他の部分と比較して広く設定される。そして、このインクリザーバ内にインクの圧力を吸収する可撓性膜が設けられているために、その可撓性膜による圧力変動の吸収効果が高くなり、インクリザーバ内でのインクの供給等により生じるインクの圧力変動を速やかに減衰させることができる。また、可撓性膜はインクリザーバ内に設けられており、この可撓性膜は外部に露出していないため、何らかの原因によりリザーバユニットに対して外部から衝撃等が作用した場合でも可撓性膜が破損しにくい。
第２の発明のインクジェットヘッドは、前記第１の発明において、前記可撓性膜の前記第１空間に対向する領域には、前記インク供給流路の一部を構成する第１インク通過穴が形成されていることを特徴とするものである。従って、インク供給流路を流れるインクが、第１インク通過穴において可撓性膜を貫通してインクリザーバの第１空間内に流入することになり、積層されたプレートの面に沿う方向からインクがインクリザーバ内に流入する場合に比べて、リザーバユニットを小型化することが可能になる。
第３の発明のインクジェットヘッドは、前記第２の発明において、前記他方のプレートは、前記インク供給流路の一部を構成し前記第１インク通過穴と連通する第２インク通過穴を有し、前記第２インク通過穴は、前記他方のプレートにおいて前記第２空間形成穴から離隔した領域に形成されて、第２空間形成穴と連通していないことを特徴とするものである。
インク供給流路を流れるインクは、一方のプレートに形成された第１空間に、他方のプレートに形成された第２インク通過穴及び可撓性膜に形成された第１インク通過穴を通って流入する。ここで、他方のプレートにおいて、第２インク通過穴が、第２空間を形成する第２空間形成穴から離隔した位置に形成され、さらに、第２インク通過穴が第２空間形成穴と不連続に形成されて、第２空間形成穴と連通していないため、第２空間内にインクが流入することはない。従って、インクが充填されていない第２空間により可撓性膜が確実に変形できるようになり、インクリザーバ内に圧力変動が生じたときには、可撓性膜の変形によりその圧力変動が吸収される。
第４の発明のインクジェットヘッドは、前記第３の発明において、前記他方のプレートは、互いに離隔した領域に形成された２つの第２空間形成穴を有し、前記第２インク通過穴は、互いに離隔した前記２つの第２空間形成穴の間の領域に形成されていることを特徴とするものである。このように、２つの第２空間形成穴の間に第２インク通過穴が形成されているため、第２空間形成穴と第２インク通過穴とを一平面内で効率よく配置でき、リザーバユニットを小型化することが可能になる。
第５の発明のインクジェットヘッドは、前記第４の発明において、前記他方のプレートのうちの前記第２インク通過穴から離隔した領域における、前記第１空間に対向する部分に、前記２つの第２空間形成穴を互いに連通させる凹部が形成されていることを特徴とするものである。２つの第２空間形成穴を凹部により連通させることで、可撓性膜のうちの、２つの第２空間形成穴に対向する部分を一体的に振動させることができるため、より効率よく圧力変動を吸収できる。
第６の発明のインクジェットヘッドは、前記第３〜第５の何れかの発明において、前記他方のプレートに、前記第２空間形成穴から外部に連通する大気連通孔が形成されていることを特徴とするものである。従って、可撓性膜が第２空間内の空気の内圧の影響を受けにくくなるので、より効率良く圧力変動を吸収できる。
本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１、図２に示すように、インクジェットヘッド１は、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在し矩形平面形状を有するヘッド本体７０と、ヘッド本体７０の上面に配置され且つヘッド本体７０に供給するインクを貯溜するためのインクリザーバ３ｃが形成されたリザーバユニット７１と、このリザーバユニット７１の上方に配置され且つヘッド本体７０を制御するためのヘッド制御部７２と、インク飛沫からインクジェットヘッド１の内部を保護するための下部カバー５１ａ及び上部カバー５１ｂとを備えている。尚、図１においては、説明の都合上上部カバー５１ｂを省略している。
ヘッド本体７０は、インク流路が形成された流路ユニット４と、流路ユニット４の上面に接着された複数のアクチュエータユニット２１とを含んでいる。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は共に、複数の薄板を積層して互いに接着させた積層構造を有している。
リザーバユニット７１は、インク供給口３ａから供給されるインクを、インクリザーバ３ｃに貯溜するとともに、貯溜したインクを流路ユニット４に供給するものである。このリザーバユニット７１の平面形状は、流路ユニット４と略同一の平面形状を有する。リザーバユニット７１の下端部には、インク流出流路３ｄが下方突出状に形成されており、インク流出流路３ｄの下端の開口部においてのみリザーバユニット７１と流路ユニット４とが接続されている。そして、平面視でリザーバユニット７１のインク流出流路３ｄ以外の領域は、ヘッド本体７０から上方へ離隔しており、この離隔した隙間にアクチュエータユニット２１が配設されている。また、アクチュエータユニット２１の上面には、給電部材であるＦＰＣ５０が電気的に接続されており、このＦＰＣ５０はアクチュエータユニット２１の副走査方向両側からアクチュエータユニット２１の外部に引き出されている。
ヘッド制御部７２は、ノズル８（図４、図５参照）からのインクの吐出等、インクジェットヘッド１の各種作業の制御を司るものであり、メイン基板８３と、サブ基板８１と、ドライバＩＣ８０とを含んでいる。メイン基板８３は、主走査方向に延在する矩形形状を有し、リザーバユニット７１の上面に立設されている。サブ基板８１は、メイン基板８３の両側の位置においてメイン基板８３に対して平行になるように配置されるとともに、メイン基板８３と電気的に接続されている。ドライバＩＣ８０は、アクチュエータユニット２１を駆動するための信号を生成するものであり、ヒートシンク８２を備えた状態でサブ基板８１のメイン基板８３側に固定されている。サブ基板８１及びドライバＩＣ８０はアクチュエータユニット２１の副走査方向両側から引き出されたＦＰＣ５０と電気的に接続されている。ＦＰＣ５０は、サブ基板８１から出力された信号をドライバＩＣ８０に伝達し、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッド本体７０のアクチュエータユニット２１に伝達するように、両者と電気的に接続されている。
下部カバー５１ａは、略四角の筒状筐体であり、リザーバユニット７１の上方に引き出されたＦＰＣ５０を外側から覆うようにヘッド本体７０上に配置されている。そして、アクチュエータユニット２１の上方において、ＦＰＣ５０は、ストレスがかからないように弛緩した状態で下部カバー５１ａ内に収容されている。
上部カバー５１ｂは、アーチ形状の天井を有する角筐体であり、メイン基板８３及びサブ基板８１を外側から覆うように、下部カバー５１ａの上側に配置されている。そして、下部カバー５１ａ及び上部カバー５１ｂが配置されている状態においては、下部カバー５１ａ及び上部カバー５１ｂの副走査方向の幅が、ヘッド本体７０の副走査方向の幅内に収まるようになっている。
次に、ヘッド本体７０の構造について詳細に説明する。図３は、図１に示したヘッド本体７０の平面図である。図４は、図３の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図である。図３及び図４に示すように、ヘッド本体７０は、圧力室群９を構成する多数の圧力室１０やノズル８が形成された流路ユニット４を有している。流路ユニット４の上面には、千鳥状になって２列に配列された複数の台形のアクチュエータユニット２１が接着されている。より詳細には、各アクチュエータユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。また、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が、流路ユニット４の幅方向にオーバーラップしている。
アクチュエータユニット２１の接着領域に対向した流路ユニット４の下面は、インク吐出領域となっている。図４に示すように、インク吐出領域の表面には、多数のノズル８がマトリクス状に多数配列されている。１つのノズル８に連通された圧力室１０もマトリクス状に配列されており、１つのアクチュエータユニット２１の接着領域に対向した流路ユニット４の下面に存在する複数の圧力室１０が、１つの圧力室群９を構成している。
また、各ノズル８は、先細形状のノズルとなっており、平面形状が略菱形の圧力室１０、及びアパーチャ１２を介して共通インク室としてのマニホールド５の分岐流路である副マニホールド５ａと連通している。流路ユニット４の上面に設けられているマニホールド５の開口部５ｂは、リザーバユニット７１の下面に設けられているインク流出流路３ｄと接合されており、リザーバユニット７１からインク流出流路３ｄを介して流路ユニット４にインクが供給される。尚、図４において、図面を分かりやすくするために、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１０（圧力室群９）、開口部５ｂ、アパーチャ１２を実線で描いている。
次に、ヘッド本体７０の断面構造について説明する。図５に示すように、ノズル８は、圧力室１０及びアパーチャ１２を介して副マニホールド５ａと連通している。そして、ヘッド本体７０には、副マニホールド５ａの出口からアパーチャ１２、圧力室１０を経てノズル８に至る個別インク流路３２が圧力室１０ごとに形成されている。
図６に示すように、ヘッド本体７０は、上から、アクチュエータユニット２１、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９及びノズルプレート３０の合計１０枚のシート材が積層された積層構造を有している。これらのうち、アクチュエータユニット２１を除いた９枚の金属プレートから流路ユニット４が構成されている。
アクチュエータユニット２１は、後で詳述するように、４枚の圧電シート４１〜４４（図７参照）が積層され且つ電極が配されることによってそのうちの最上層だけが電界印加時に活性層となる部分を有する層（以下、単に「活性層を有する層」というように記する）とされ、残り３層が非活性層とされたものである。キャビティプレート２２は、圧力室１０に対応するほぼ菱形の開口が多数設けられた金属プレートである。ベースプレート２３は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔及び圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。アパーチャプレート２４は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、２つの孔とその間を結ぶハーフエッチング領域で形成されたアパーチャ１２のほかに圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。サプライプレート２５は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔及び圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート２６、２７、２８は、積層時に互いに連結して副マニホールド５ａを構成する孔に加えて、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。カバープレート２９は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレート３０は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、ノズル８がそれぞれ設けられた金属プレートである。
これら９枚の金属プレートは、図５に示すような個別インク流路３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層される。この個別インク流路３２は、副マニホールド５ａからまず上方へ向かい、アパーチャ１２において水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方にノズル８へと向かう。
次に、流路ユニット４における最上層のキャビティプレート２２に積層された、アクチュエータユニット２１の構成について説明する。図７（ａ）はアクチュエータユニット２１と圧力室１０との部分拡大断面図であり、図７（ｂ）はアクチュエータユニット２１の表面に接着された個別電極の平面図である。
図７（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、それぞれ厚みが１５μｍ程度で同じになるように形成された４枚の圧電シート４１、４２、４３、４４を含んでいる。これら圧電シート４１〜４４は、ヘッド本体７０内の１つのインク吐出領域内に形成された多数の圧力室１０に跨って配置されるように連続した層状の平板（連続平板層）となっている。圧電シート４１〜４４が連続平板層として多数の圧力室１０に跨って配置されることで、例えばスクリーン印刷技術を用いることにより圧電シート４１上に個別電極３５を高密度に配置することが可能となっている。そのため、個別電極３５に対応する位置に形成される圧力室１０をも高密度に配置することが可能となって、高解像度画像の印刷ができるようになる。圧電シート４１〜４４は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなるものである。
最上層の圧電シート４１上には、個別電極３５が形成されている。最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間には、シート全面に形成された略２μｍの厚みの共通電極３４が介在している。なお、圧電シート４２と圧電シート４３の間に、電極は配置されていない。これら個別電極３５及び共通電極３４は共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。
個別電極３５は、略１μｍの厚みで、図７（ｂ）に示すように、図４に示した圧力室１０とほぼ相似である略菱形の平面形状を有している。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は延出され、その先端に、個別電極３５と電気的に接続された、略１６０μｍの径を有する円形のランド部３６が設けられている。ランド部３６は、例えばガラスフリットを含む金からなり、図７（ａ）に示すように、個別電極３５における延出部表面上に接着されている。また、ランド部３６は、ＦＰＣ５０に設けられた接点と電気的に接合されている。
共通電極３４は、図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極３４は、すべての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。また、個別電極３５は、各圧力室１０に対応するものごとに電位を制御することができるように、各個別電極３５ごとに独立した別のリード線を含むＦＰＣ５０及びランド部３６を介してドライバＩＣ８０に接続されている（図１及び図２参照）。
次に、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。アクチュエータユニット２１における圧電シート４１の分極方向はその厚み方向である。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（圧力室１０と反対側）の１枚の圧電シート４１を活性層が存在する層とし、且つ、下側（圧力室１０側）の３枚の圧電シート４２〜４４を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極３５を正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート４１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性層として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４２〜４４は、電界の影響を受けず、自発的には縮まないので、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４４全体が非活性側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このとき、図７（ａ）に示したように、圧電シート４１〜４４の下面は圧力室１０を区画するキャビティプレート２２の上面に固定されているので、結果的に圧電シート４１〜４４は圧力室１０側へ凸になるように変形する。このため、圧力室１０の容積が低下して圧力室１０内のインクの圧力が上昇し、圧力室１０に連通するノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の形状になって圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。
次に、リザーバユニット７１の構造について詳細に説明する。図８、図９に示すように、リザーバユニット７１は、外部からインクが供給されるインク供給口３ａからインクリザーバ３ｃを経てマニホールド５に至るインク供給流路６７を形成する、第１〜第７リザーバプレート６０〜６６の７枚のプレートが上から順に積層された構造を有する。各リザーバプレート６０〜６６は、主走査方向に延びる略矩形状の金属プレートである。尚、第１〜第７リザーバプレート６０〜６６の７枚のプレートのうち、第４〜第７リザーバプレート６３〜６６の４枚のプレートは、インクリザーバ３ｃを形成するプレートである。
第１リザーバプレート６０の主走査方向の端部（図８の左端部）には、外部からインクが供給されるインク供給口３ａが形成されている。第２リザーバプレート６１のうちの図９における左側の領域には、インク供給口３ａに連通し、フィルタ６８を装着する為のフィルタ装着穴９０が形成されている。このフィルタ装着穴９０の図８の上下方向途中部には、フィルタ装着穴９０の内周に沿って段付状のフィルタ支持部９１が形成されており、このフィルタ支持部９１によりフィルタ装着穴９０内部でフィルタ６８が支持されている。
フィルタ６８は、インク供給流路６７内のインクを濾過して、ゴミ等が下流のノズル８や圧力室１０等に付着するのを防止する為のものである。そして、ノズル８を閉塞する虞のあるゴミ等が下流に流れないようにするために、フィルタ６８の目はノズル径に比べて十分小さくなっている。また、フィルタ６８のうちの図８における右側の部分ほど濾過抵抗が小さくなっている。また、本実施の形態では、フィルタ装着穴９０がインクの流れの下流側ほど先細形状となっており、その先端部に向かってフィルタ６８上を流れるインクを導くように形成されている。従って、図８の左側に位置するインク供給口３ａから供給されたインクが、フィルタ６８上を流れているうちにゴミ等が濾過されるため、清浄なインクを下流に送ることができる。さらに、外部からインクとともに流入することがある気泡も、フィルタ６８の上側の領域のうちの下流側部分に滞留することがなく、気泡を外部に排出することができる。
第３リザーバプレート６２は、平面視でフィルタ装着穴９０に対応する位置に、フィルタ装着穴９０と略相似形状に形成された穴９２と、この穴９２の先細形状に形成された先端部から水平方向に延びてインクリザーバ３ｃのインク落込口９３に至る平面視Ｕ字形状のインク落込流路６９とを有する。インク落込流路６９は、穴９２から図８の右方に延び、さらに、その右端付近でＵ字状に反転して左方に延びて、第４インクリザーバユニット６３のインク落込口９３に連通している。
次に、インクリザーバ３ｃを形成する第４〜第７リザーバプレート６３〜６６について説明する。第４リザーバプレート６３の平面視で略中央の位置には、インクリザーバ３ｃへインクを落とし込む為のインク落込口９３が形成されている。
第５リザーバプレート６４の左右両側に離隔した領域には、平面的に延在する２つのリザーバ穴９４，９５が夫々形成され、一方、第６リザーバプレート６５には、平面視で２つの穴９４，９５に重なる位置において平面的に延在する１つのリザーバ穴９６が形成されている。リザーバ穴９６は、第６リザーバプレート６５の全体領域に対して比較的広い領域（例えば、全体領域の１／３程度）を占めている。そして、これらリザーバ穴９４〜９６が上下両側に夫々位置するように第４リザーバプレート６３及び第７リザーバプレート６６により挟まれて、インクリザーバ３ｃが形成されている。
ところで、インク供給口３ａからインク供給流路６７内にインクが供給されたときに、例えば、特定のマニホールド５に連通する個別インク流路３２の下流に配置されたノズル８からのインクの吐出が同時に停止された場合には、これら複数の個別インク流路３２への比較的大きなインクの流れを作っていたインクの消費がなされなくなるにもかかわらず、インク供給流路６７内にインク慣性による水撃現象に起因するインクの圧力変動が生じる。ここで、前述したように、このインクジェットヘッド１においては、アクチュエータユニット２１により一度圧力室１０内の圧力を低下させてから、次に、圧力室にパルス状の圧力を付与することによりノズル８からインクを吐出させるようになっている。しかし、このノズル８からインクを吐出する際に、個別インク流路３２内に、インク供給流路６７内で生じた水撃現象による圧力変動が伝搬した場合には、所定のタイミングでノズル８からインクを吐出できなくなる虞があり、その場合には、インクの吐出精度が低下する。
そこで、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、インクリザーバ３ｃを形成するプレートである、第５リザーバプレート６４と第６リザーバプレート６５との間に、インクリザーバ３ｃ内のインクの圧力変動を吸収する可撓性膜１００が設けられている。さらに、この可撓性膜１００により、インクリザーバ３ｃは、インクが充填される下側の第１空間１０１と、可撓性膜１００を変形させる為のインクが充填されない上側の第２空間１０２とに仕切られている。第１空間１０１は、第６リザーバプレート６５のリザーバ穴９６（第１空間形成穴）により形成され、一方、第２空間１０２は、第５リザーバプレート６４の２つのリザーバ穴９４，９５（第２空間形成穴）により形成されている。
可撓性膜１００は、例えば、ポリイミド等の合成樹脂により形成されている。そして、この可撓性膜１００の第１空間１０１に対向し且つ平面視でインク落込口９３に重なる領域には、前述のインク供給流路６７の一部を構成するインク通過穴１００ａ（第１インク通過穴）が形成されている。従って、インク供給流路６７を流れるインクは、インク通過穴１００ａにおいて可撓性膜１００を貫通してインクリザーバ３ｃ（第１空間１０１）内に流入するため、可撓性膜１００を貫通せずに、積層されたプレートの平面に沿う方向からインクがインクリザーバ３ｃ内に流入する場合に比べて、リザーバユニット７１の平面的なサイズを小型化することが可能になる。
また、第５リザーバプレート６４の２つのリザーバ穴９４，９５の間の位置には、インク供給流路６７の一部を構成しインク通過穴１００ａに連通するインク通過穴９７（第２インク通過穴）が形成されている。ここで、このインク通過穴９７は、左右両側に位置する２つのリザーバ穴９４，９５から夫々離隔して形成されており、さらに、インク通過穴９７とリザーバ穴９４，９５とは、第５リザーバプレート６４において不連続に形成され互いに連通していないため、リザーバ穴９４，９５により形成される第２空間１０２にインクが流入することがない。また、２つのリザーバ穴９４，９５の間の領域にインク通過穴９７が設けられることにより、２つのリザーバ穴９４，９５とインク通過穴９７とを一平面内で効率よく配置でき、リザーバユニット７１を小型化することが可能になる。
そして、フィルタ６８を通過したインクは、第４リザーバプレート６３のインク落込口９３、第５リザーバプレート６４のインク通過穴９７、及び可撓性膜１００のインク通過穴１００ａを通ってインクリザーバ３ｃの第１空間１０１内に流入する。このとき、第１空間１０１と第２空間１０２との間に配設された可撓性膜１００は、インクが充填されない第２空間１０２により変形可能となっており、この可撓性膜１００の変形により、第１空間１０１内に生じるインクの水撃現象に基づく圧力変動が吸収される。また、インクが充填されない第２空間１０２は、インクが充填される第１空間１０１より重力方向の上方に配置されているので、可撓性膜１００にはインクの重量が作用することはない。そのため、圧力変動を吸収する可撓性膜１００の変形の自由度が高くなる。
インクリザーバ３ｃは、平面視で流路ユニット４のマニホールド５の開口部５ｂ（図３参照）に重なる位置まで夫々分岐して延びている。また、インクリザーバ３ｃは、インク落込口９３からインクが落とし込まれる位置となる第４リザーバプレート６３の中央の位置に対して点対称となる平面形状を有する。従って、図９に示すように、インク落込口９３からインクリザーバ３ｃ内に流入したインクは、インクリザーバ３ｃの中央部から、主走査方向の両端部近傍に形成されているインクリザーバ３ｃの２つの端部に向かう２つの主流路９８に分かれて、さらに、これら２つの主流路９８から分岐してプレートの幅方向両端部に形成されている各端部に向かう８つの傍流路９９に沿って流れる。
第７リザーバプレート６６には、インクリザーバ３ｃ内のインクをマニホールド５へ流出させる為のインク流出流路３ｄを形成する長穴状のインク流出穴１０５が設けられている。インク流出穴１０５は、第７リザーバプレート６６の幅方向の両側に、平面視でマニホールド５の開口部５ｂ（図３参照）と重なる位置において主走査方向に沿って５つずつ形成されている。
そして、インク供給口３ａから、フィルタ装着穴９０の内部流路、インク落込流路６９、インク落込口９３、インク通過穴９７、インク通過穴１００ａ、インクリザーバ３ｃ（第１空間１０１）及びインク流出流路３ｄを介してマニホールド５に至るインク供給流路６７が構成されており、さらに、このインク供給流路６７から流路ユニット４のマニホールド５を介して各個別インク流路３２にインクが供給される。
以上説明したインクジェットヘッド１においては、互いに積層されインクリザーバ３ｃを形成する第５リザーバプレート６４と第６リザーバプレート６５との間に可撓性膜１００が設けられている。そして、インクリザーバ３ｃがこの可撓性膜１００によりインクが充填される第１空間１０１とインクが充填されない第２空間１０２に仕切られている。そのため、第１空間１０１と第２空間１０２との間に配設された可撓性膜１００は、インクが充填されない第２空間１０２により変形可能となり、第１空間１０１内に生じるインクの圧力変動を、可撓性膜１００の変形により確実に吸収することができる。従って、このインクの圧力変動によりノズル８からのインクの吐出精度が低下するのを極力抑制することができる。また、図９に示すように、インクリザーバ３ｃは、リザーバプレートの全体領域に対してかなり広い領域を占めており、このインクリザーバ３ｃ内に設けられた可撓性膜１００の圧力変動の吸収効果は非常に高くなる。さらに、可撓性膜１００が外部に露出していないため、何らかの原因によりリザーバユニット７１に外部から衝撃等が作用した場合でも可撓性膜１００が破損しにくい。
可撓性膜１００の第１空間１０１に対向する領域には、インク供給流路６７の一部を構成するインク通過穴１００ａが形成されているため、インク供給流路６７を流れるインクは、インク通過穴１００ａにおいて可撓性膜１００を貫通してインクリザーバ３ｃ（第１空間１０１）内に流入する。そのため、可撓性膜１００を貫通せずに、積層されたプレートの平面に沿う方向からインクがインクリザーバ３ｃ内に流入する場合に比べて、リザーバユニット７１の平面的なサイズを小型化することが可能になる。
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。尚、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
１］前記実施形態においては、第２空間１０２を形成する２つのリザーバ穴９４，９５（図８参照）は互いに離隔して連通していないが、２つのリザーバ穴を連通させてもよい。例えば、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、第５リザーバプレート６４Ａにおいて、インク通過穴９７から離隔した領域の第１空間１０１に対向する部分に、２つの凹部１０６を形成し、これら２つの凹部１０６により２つのリザーバ穴９４Ａ，９５Ａを互いに連通させるようにしてもよい。この場合には、可撓性膜１００のうちの、２つのリザーバ穴９４Ａ，９５Ａに対向する部分を一体的に振動させることができるため、インクリザーバ３ｃ（第１空間１０１）内のインクの圧力変動をより効率よく吸収できる。また、２つの凹部１０６はインク通過穴９７から離隔した領域に形成されて、インク通過穴９７とは連通していないため、インクが２つのリザーバ穴９４Ａ，９５Ａ及び凹部１０６により形成される第２空間１０２内に流入することはない。
１］前記実施形態においては、第２空間１０２を形成する２つのリザーバ穴９４，９５（図８参照）は互いに離隔して連通していないが、２つのリザーバ穴を連通させてもよい。例えば、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、第５リザーバプレート６４Ａにおいて、インク通過穴９７から離隔した領域の第１空間１０１に対向する部分に、２つの凹部１０６を形成し、これら２つの凹部１０６により２つのリザーバ穴９４Ａ，９５Ａを互いに連通させるようにしてもよい。この場合には、可撓性膜１００のうちの、２つのリザーバ穴９４Ａ，９５Ａに対向する部分を一体的に振動させることができるため、インクリザーバ３ｃ（第１空間１０１）内のインクの圧力変動をより効率よく吸収できる。また、２つの凹部１０６はインク通過穴９７から離隔した領域に形成されて、インク通過穴９７とは連通していないため、インクが２つのリザーバ穴９４Ａ，９５Ａ及び凹部１０６により形成される第２空間１０２内に流入することはない。
さらに、第２空間１０２を外部の大気と連通させてもよい。例えば、図１１に示すように、第５リザーバプレート６４Ｂに、リザーバ穴９４Ａ，９５Ａから第５リザーバプレート６４Ｂの周縁まで連続して貫通する２つの大気連通孔１１０，１１１が形成されて、これら２つの大気連通孔１１０，１１１により第２空間１０２が外部と連通するように構成してもよい。この場合には、可撓性膜１００が第２空間１０２内の空気の内圧の影響を受けにくくなるため、可撓性膜１００の振動の自由度が向上し、インクの圧力変動をより効率良く吸収できる。尚、大気連通孔１１０，１１１は、貫通孔の形状に限られるものではなく、例えば、第５リザーバプレート６４Ｂに凹状に形成されたものであってもよい。
２］可撓性膜１００としては、合成樹脂製のものに限らず、例えば、合成ゴム製のものや非常に薄い金属製シートなど、可撓性を有するものであれば種々の材質のものを使用できる。
３］インクリザーバ３ｃを形成するプレートの数は、前記実施形態の４枚に限定されるものではなく、例えば、第１空間１０１あるいは第２空間１０２を、夫々複数枚のプレートにより形成するなどして、インクリザーバ３ｃのサイズ等の条件により適宜変更できる。
１ インクジェットヘッド
３ａ インク供給口
３ｃ インクリザーバ
４ 流路ユニット
５ マニホールド
８ ノズル
１０ 圧力室
６４ 第４リザーバプレート
６５ 第５リザーバプレート
６７ インク供給流路
７１ リザーバユニット
７２ ヘッド制御部
９４，９５ リザーバ穴
９６ リザーバ穴
９７ インク通過穴
１００ａ インク通過穴
１００ 可撓性膜
１０１ 第１空間
１０２ 第２空間
９４Ａ，９５Ａ リザーバ穴
１０６ 凹部
３ａ インク供給口
３ｃ インクリザーバ
４ 流路ユニット
５ マニホールド
８ ノズル
１０ 圧力室
６４ 第４リザーバプレート
６５ 第５リザーバプレート
６７ インク供給流路
７１ リザーバユニット
７２ ヘッド制御部
９４，９５ リザーバ穴
９６ リザーバ穴
９７ インク通過穴
１００ａ インク通過穴
１００ 可撓性膜
１０１ 第１空間
１０２ 第２空間
９４Ａ，９５Ａ リザーバ穴
１０６ 凹部
Claims (6)
- 一平面内において延在する共通インク室と、前記共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、
前記流路ユニットに固定され、インクを貯留するインクリザーバを含むリザーバユニットとを備えており、
前記リザーバユニットは、
外部からインクが供給されるインク供給口から前記インクリザーバを経て共通インク室に至るインク供給流路を形成する積層状の複数枚のプレートと、
これら複数枚のプレートのうちの前記インクリザーバを構成する複数枚のプレートに含まれ且つ互いに積層される２枚のプレートの間に設けられて、前記インクリザーバ内のインクの圧力変動を吸収する可撓性膜であって、前記インクリザーバをインクが充填される第１空間とこの可撓性膜を変形させる為のインクが充填されない第２空間とに仕切る可撓性膜と、
を有し、
前記２枚のプレートのうちの一方のプレートは、インクリザーバの前記第１空間を形成する第１空間形成穴を有し、他方のプレートは、インクリザーバの前記第２空間を形成する、前記第１空間形成穴と略等しい形状の第２空間形成穴を有し、
前記複数枚のプレートのうち、前記一方のプレートの前記可撓性膜と反対側に積層されるプレートには、前記第１空間に連通するとともに、前記第１空間に充填されたインクを前記流路ユニットの前記共通インク室へ向けて流出させる複数のインク流出穴が形成されており、
前記第１空間形成穴は、前記一方のプレートの中央部に位置し、前記第１空間の主流路を形成する主流路形成部分と、前記主流路形成部分から分岐してプレートの縁に向けて延在し、前記第１空間の複数の傍流路をそれぞれ形成する、前記主流路形成部分よりも幅の狭い複数の傍流路形成部分とからなり、
前記複数のインク流出穴は、前記複数の傍流路形成部分の先端部と対応する位置にそれぞれ配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記可撓性膜の前記第１空間に対向する領域には、前記インク供給流路の一部を構成する第１インク通過穴が形成されてい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。
- 前記他方のプレートは、前記インク供給流路の一部を構成し前記第１インク通過穴と連通する第２インク通過穴を有し、
前記第２インク通過穴は、前記他方のプレートにおいて前記第２空間形成穴から離隔した領域に形成されて、第２空間形成穴と連通していないことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。 - 前記他方のプレートは、互いに離隔した領域に形成された２つの第２空間形成穴を有し、前記第２インク通過穴は、互いに離隔した前記２つの第２空間形成穴の間の領域に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
- 前記他方のプレートのうちの前記第２インク通過穴から離隔した領域における、前記第１空間に対向する部分に、前記２つの第２空間形成穴を互いに連通させる凹部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
- 前記他方のプレートに、前記第２空間形成穴から外部に連通する大気連通孔が形成されていることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド。
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