JP5029067B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式記録などに用いられる液体吐出装置に関するものである。

従来より、インクジェット方式で記録を行う装置においては、インク吐出ノズルおよびその上流側の圧力室が微細な構造であるため、特許文献１に記載されているように、それらにインクを供給する共通インク室の上流端に、インクに含まれる異物を取り除くフィルタが設けられている。
特開２００５−３１３４２８号公報（図１、図6、段落００２９、００３１）

近年、記録が高密度化されるにともない、ノズル数が多くなり、特許文献1のように複数の共通インク室に同種のインクを供給するようになって、フィルタの面積も大きなものが必要となってきた。一方、ノズル径も小さくなり、それにともないフィルタの小孔も小さくなり、フィルタの厚さを薄くしなければ小孔を形成することができない。

このように薄く広い面積のフィルタはインクの流れ方向と直交して配置されるとともに、フィルタを支持するのは外周部だけである。インク流路内の気泡等を取り除くため、ノズル側からインクを吸引したり、インク供給源側から高い圧力でインクを供給するいわゆるパージ動作をすると、インクの高い圧力がフィルタに作用してフィルタが湾曲変形したり、破断することが懸念される。フィルタが変形すると、小孔が広がり、本来捕捉されるべき大きな異物が通過してしまいノズルを詰まらせる。また、破断されればもちろん異物がノズルを詰まらせる。

上記のフィルタの変形や破断を抑えるために、発明者は、特許文献１の構成において、複数の共通インク室間を仕切る仕切壁をフィルタに向けて延長し、フィルタの中央部分を仕切壁で支えることを考えた。しかし、このように構成すると、フィルタ上に偏って異物が堆積してしまった場合、複数の共通インク室のうち一部の共通インク室へのインクの流れが悪くなり、記録品質が低下することになる。

このような問題は、インクを用いる記録装置だけでなく、液晶表示装置におけるカラーフィルタの製造にあたり着色材を被着させる装置など、各種の液体吐出装置においても存在する。

本発明は、フィルタの変形や破断を抑えるとともに、すべてのノズルに対して均一に液体を供給することができる液体吐出装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、液体に吐出圧力を付与する複数の圧力室、その圧力が付与された液体を吐出するノズル孔、前記複数の圧力室に液体を供給する共通液室、外部から液体を導入する導入孔、その導入孔と前記共通液室の一端とを接続する連通孔をそれぞれプレート部材に備え、その複数のプレート部材の積層によって構成される液体吐出装置において、同種の液体を供給する隣接した複数の共通液室は、少なくとも１つの前記プレート部材に隔壁を介して隣接した独立した形状に形成され、その隣接した複数の共通液室の一端に接続する前記連通孔および前記導入孔は、それぞれ隔壁を介して複数隣接形成され、その隣接した複数の共通液室の一端、複数の前記連通孔、および複数の前記導入孔は、前記積層方向に対向して配置され、前記隣接する複数の共通液室の一端、複数の前記連通孔、および複数の前記導入孔間の各隔壁のいずれかは、前記複数の導入孔が前記隣接する複数の共通液室のいずれとも連通するように、他の前記隔壁に対し前記隣接する方向にずれて位置する部分を有し、前記複数の導入孔の前記連通孔とは反対側の面を覆うフィルタが、その複数の導入孔間の隔壁を含みかつその複数の導入孔にわたって固定されている液体吐出装置にある。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の液体吐出装置において、前記共通液室が、積層方向に隣接した複数のプレート部材にそれぞれ形成された開口によって形成され、各プレート部材の開口間の前記隔壁の少なくとも１つが、前記連通孔または前記導入孔間の隔壁とずれて位置する部分を有している。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の液体吐出装置において、前記各プレート部材の前記隔壁が相互にずれた部分を有している。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出装置において、前記各隔壁との少なくとも一方が、前記積層方向から見て前記フィルタと重なる位置において、屈曲した形状を有している。

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出装置において、前記圧力室を形成する開口と、前記導入孔を形成する開口とが１つのプレート部材に形成され、前記連通孔を形成する開口を備えるプレート部材には、前記圧力室と前記共通液室とを接続する接続流路が形成されている。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の液体吐出装置において、前記圧力室を形成する開口を備える前記プレートが、前記連通孔を形成する開口を備える前記プレート部材よりも、前記積層方向における厚さにおいて薄い。

上記のように、隣接した複数の共通液室に対して同種の液体を供給する導入孔を、隔壁を介して複数隣接形成し、フィルタを、その隔壁を含んで複数の導入孔にわたって固定しているので、パージ動作等によって液体の高い圧力がフィルタに作用しても、隔壁による支持でフィルタの変形が抑制され、大きな異物が通過したり、フィルタが破断するのが防止できる。

また、複数の共通液室の一端、複数の連通孔、および複数の導入孔間の各隔壁のいずれかの少なくとも一部分は、隣接する方向にずれて位置するので、複数の導入孔が複数の共通液室のいずれとも連通し、フィルタ上に異物が偏って堆積しても、複数の共通液室のいずれにも良好に液体を供給することができる。

好ましくは、各共通液室が、積層方向に隣接した複数のプレート部材にわたって形成され、その隔壁の少なくとも１つが、連通孔または導入孔間の隔壁とずれて位置する部分を有していることで、共通液室の容量を積層方向に確保でき、かつフィルタ上に異物が偏って堆積しても、複数の共通液室のいずれにも良好に液体を供給することができる。

さらに、プレート部材の各隔壁が相互にずれた部分を有していることで、複数の共通液室間の連通を確保でき、フィルタ上に異物が偏って堆積しても、複数の共通液室のいずれにも良好に液体を供給することができる。

また、複数の隔壁の少なくとも一つが、積層方向から見てフィルタと重なる位置において、屈曲した形状を有していることで、フィルタ上に異物が偏って堆積しても、複数の共通液室のいずれにも良好に液体を供給することができる。

そして、導入孔と共通液室と連通孔によって接続し、共通液室と圧力室とを接続流路によって接続することを、複数のプレート部材を積層することで実現することができる。そのような構成において、フィルタを、液体の高い圧力に対して変形から保護することができる。

圧力室は、アクチュエータなどからエネルギを受ける方向に対して浅い方が、効率よく液体に吐出圧力を付与することができる。このため、圧力室を備えるプレート部材は薄くなるが、連通孔を備えるプレート部材を相対的に厚くすることで、液体の高い圧力に対してフィルタを変形から保護することができる。

以下、本発明をインクジェット式記録装置の記録ヘッドに実施した実施の形態を図面に沿って説明する。なお、記録ヘッドは、記録媒体に沿って往復移動するキャリッジ上に搭載され、インク液滴を記録媒体に向けて吐出するものである。

図１に示すように、記録ヘッドは、複数枚のプレートからなるキャビティユニット２の上面に圧電アクチュエータ３が接合され、この圧電アクチュエータ３の上面に外部機器との接続のためのフレキシブルな配線ケーブル４が重ね接合されている。

キャビティユニット２は、図１に示すように、複数枚のプレート１１〜１８を積層状態で接着剤にて接合した構造となっている。つまり、上側から順に、キャビティプレート１１、ベースプレート１２、アパチャプレート１３、２枚のマニホールドプレート１４，１５、ダンパープレート１６、カバープレート１７およびノズルプレート１８の合計８枚の薄いプレートで構成される。ノズルプレート１８はポリイミドなどの合成樹脂製で、その他のプレート１１〜１７は４２％ニッケル合金鋼板製の金属プレートで、それぞれ５０〜１５０μｍ程度の厚さを有している。

ノズルプレート１８は複数のノズル孔１８ａをＸ方向に列をなして、Ｙ方向に好ましくは、同種（例えば同色）のインクについて２列ずつ複数列備えている。

キャビティプレート１１には、複数の圧力室１１ａが、ノズル孔１８ａと対応する複数列をなして板厚を貫通して形成されている。各圧力室１１ａは、上下をアクチュエータ３とベースプレート１２とで挟まれ、アクチュエータ３の変位によってインクに吐出圧力を付与する。このため、アクチュエータ３の変位によって効率よく圧力室が容積変化を生じるには、圧力室が浅い、すなわちキャビティプレート１１ができるだけ前記積層方向に薄い（たとえば約５０μｍ）ことが好ましい。

各圧力室１１ａの長手方向の一端部は、プレート１２〜１７に穿設された連通路部２１を通じてノズルプレート１８の各ノズル孔１８ａに連通する。各圧力室１１ａの長手方向の他端部は、ベースプレート１２およびアパチャプレート１３に形成された接続流路２２を通じて後述する共通インク室２３ａ，２３ｂと接続している。この接続流路２２は、ベースプレート１２に穿設された貫通孔２２ａ、アパチャプレート１３に形成された溝２２ｂ、およびアパチャプレート１３に穿設された貫通孔２２ｃが相互に接続して構成されている。

２枚のマニホールドプレート１４，１５には、各圧力室１１ａの列に沿って長い複数の共通インク室（共通液室）２３ａ，２３ｂが形成されている。すなわち、各マニホールドプレート１４，１５には、それぞれその積層方向にほぼ同形状の開口が板厚を貫通して形成され、積層方向の両開口が重ねられることで、１つの共通インク室２３ａまたは２３ｂが形成される。各共通インク室２３ａ，２３ｂは、各圧力室１１ａの列の長さを超える長さを有し、一端は後述する導入孔２４ａ，２４ｂと対向する位置まで延びている。また各共通インク室２３ａ，２３ｂは、両端とも閉鎖されて、互いに独立した形状をなし、各共通インク室間は隔壁２３ｃによって隔てられている。隣接する２つずつの共通インク室２３ａ，２３ｂは、同種のインクを吐出する２列のノズル列１１ａ，１１ａと接続しているから、互いに連通していてもよいが、上記のように独立した形状にある。これは、隔壁２３ｃをその両端ともマニホールドプレート１４，１５の外周部と接続することで、製造過程において隔壁２３ｃの位置を安定に保つためである。

また、ダンパープレート１６には、共通インク室２３ａ，２３ｂに対応してダンパー室２８が共通インク室２３ａ，２３ｂ側に薄肉部を残してその反対側から凹状に形成されている。圧力室でのインクの吐出動作にともない、圧力室から接続流路２２を介して共通インク室に伝播するインクの圧力波を、ダンパープレート１６の薄肉部が撓むことによって吸収し、他の圧力室内に影響するいわゆるクロストークを防止する。

圧電アクチュエータ３は、複数枚の圧電シート３１を積層した構造で、その圧電シート３１間に、圧力室１１ａに対応した箇所ごとに細幅の個別電極３２、および複数の圧力室１１ａに対して共通のコモン電極３３が交互に挿入されている。
個別電極３２およびコモン電極３３は配線ケーブル４を介して信号源に接続される。そしてその両電極間に電圧を印加することで、その両電極間に挟まれた圧電シート３１の部分が積層方向に変位して、圧力室１１ａ内のインクに圧力を付与し、ノズル孔１８ａからインク滴を吐出することができる。

各共通インク室２３ａ，２３ｂの一端は、導入孔２４ａ，２４ｂを介して外部に開口し、インク供給源（図示せず）と接続される。具体的には、図３および図４に示すように、導入孔２４ａ，２４ｂは、各共通インク室２３ａ，２３ｂごとに、その一端と積層方向に対応する位置においてキャビティプレート１１に板厚を貫通して形成されている。つまり、各導入孔２４ａ，２４ｂは、その間を隔壁２４ｃで隔てて互いに独立した開口に形成されている。ベースプレート１２およびアパチャプレート１３には、導入孔２４ａ，２４ｂと積層方向に対応する位置に連通孔２５ａ，２５ｂおよび２６ａ，２６ｂが板厚を貫通して形成されている。各連通孔２５ａ，２５ｂ間の隔壁２５ｃ、および連通孔２６ａ，２６ｂ間の隔壁２６ｃは、隔壁２４ｃと積層方向に重なる位置にある。この連通孔２５ａ，２５ｂおよび２６ａ，２６ｂによって、導入孔２４ａ，２４ｂは共通インク室２３ａ，２３ｂの一端と接続されている。

各導入孔２４ａ，２４ｂには、その上面（連通孔２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂとは反対側の面）を覆って、フィルタ３０が設けられる。フィルタ３０は、多数の小孔を有する濾過部３０ａと、その濾過部の周りを囲む無孔の枠部３０ｂとからなる。濾過部３０ａは、各導入孔２４ａ，２４ｂごとに独立して設けその間に無孔の枠部を挟んでいてもよいが、同種のインクを供給する隣接した導入孔２４ａ，２４ｂ間の隔壁２４ｃの上面をも含んでその導入孔２４ａ，２４ｂにわたる１つの連続した形状としてもよい。

フィルタ３０は、枠部３０ｂ下面と導入孔２４ａ，２４ｂ周囲のキャビティプレート１１上面との間で接着剤によって固定されている。フィルタ３０には、たとえばニッケルを材料として公知の電鋳法によって約１０μｍの厚さに形成されたもの、または樹脂フィルム製のものなどが用いられる。

同種のインクを供給する隣接した導入孔２４ａと２４ｂ、連通孔２５ａと２５ｂ、２６ａと２６ｂおよび共通インク室２３ａと２３ｂ間の各隔壁２４ｃ，２５ｃ，２６ｃ，２３ｃのいずれかは、積層方向から見て他の隔壁に対しずれて位置する。具体的には、共通インク室２３ａ，２３ｂ間の隔壁２３ｃが、フィルタ３０の濾過部３０ａと重なる位置において、屈曲した形状をなしている。濾過部３０ａと重なる隔壁２３ｃにおいて積層方向上側の部分２３ｃ−１と下側の部分２３ｃ−２は、それぞれ共通インク室２３ａ，２３ｂの隣接方向にずれるように屈曲した形状をなし、その直上の隔壁２６ｃ、２３ｃ−１に対し積層方向から見て隙間３６，３７を形成している。つまり、上側の部分２３ｃ−１は共通インク室２３ｂ側へ、下側の部分２３ｃ−２は共通インク室２３ａ側へほぼコ字形に屈曲した形状をなしている。各部分２３ｃ−１，２３ｃ−２とも、その両端は、隔壁２４ｃ，２５ｃ，２６ｃと積層方向から見て重なって位置する。

したがって、インク供給源からフィルタ３０を介して導入したインクは、導入孔２４ａ，２４ｂ、連通孔２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂを経て共通インク室２３ａ，２３ｂに供給される。異物がフィルタ３０上に一方の導入孔２４ａまたは２４ｂ側に偏って堆積されることがあっても、インクは、隔壁の間の隙間３６，３７をとおって、導入孔２４ａから共通インク室２３ｂへ、あるいは導入孔２４ｂから共通インク室２３ａへ流れることができ、一部の共通インク室２３ａまたは２３ｂに対し供給不足になることがない。２列のノズル１１ａのすべてに均一にインクを供給することができる。

圧力室１１ａやノズル孔１８ａ内の気泡等を取り除くため、ノズル側からインクを吸引したり、インク供給源側から高い圧力でインクを供給するいわゆるパージ動作をすると、インクの高い圧力がフィルタ３０に作用する。しかし、フィルタ３０が、隔壁２４ｃ、２５ｃ、２６ｃによって上記圧力に抗する方向に支えられているので、フィルタが変形したり、破断するのを抑えることができる。なお、キャビティプレート１１は上記のように薄いが、その直下のベースプレート１２、アパチャプレート１３をそれよりも厚くすることができるので、複数の隔壁２４ｃ、２５ｃ、２６ｃの積層によって、強度を確保することができる。実施の形態では、共通インク室２３ａ，２３ｂ間の隔壁２３ｃは、フィルタ３０の下方で隔壁２４ｃ、２５ｃ、２６ｃの両端のみを受けているが、これも上記圧力に抗するには有効である。

上記実施の形態では、隔壁２３ｃを屈曲することでインクの流路を確保しているが、隔壁２３ｃ、２４ｃ、２５ｃ、２６ｃのいずれがずれて位置してもよく、屈曲でなく隔壁全体をずらせてもよい。

同種のインクが供給される共通インク室２３ａ，２３ｂを２つ隣接させているが、３つ以上を隔壁を介して隣接させてもよい。また、導入孔２４ａ，２４ｂ、連通孔２５ａ．２５ｂ，２６ａ，２６ｂも３つ以上隣接させて形成してもよい。導入孔２４ａ，２４ｂ、連通孔２５ａ．２５ｂ，２６ａ，２６ｂ、共通インク室２３ａ，２３ｂの数は、相互に対応している必要はない。

アパチャプレート１３は、省略することもできる。その場合、キャビティユニット２としての剛性の確保のため、あるいはフィルタ３０を支えるために、ベースプレート１２を厚くするようにしてもよい。また、キャビティプレート１１とマニホールドプレート１４との間は、ベースプレート１２、アパチャプレート１３のほかにプレートを追加してもよい。

共通インク室２３ａ、２３ｂは、２枚のマニホールドプレート１４，１５に限らず１枚あるいは３枚以上で構成することもできる。ダンパープレート１６は省略し、カバープレート１７で共通インク室２３ａ、２３ｂの下面を覆うこともできる。

また、上記実施の形態では、本発明の液体吐出装置を、インクジェット式記録装置に用いられる記録ヘッドに具体化したが、液晶表示装置におけるカラーフィルタの製造にあたり着色材を被着させる装置など、各種の液体を用いる装置に適用することができる。

本発明をインクジェット式記録装置に用いられる記録ヘッドに具体化したものの断面図であり、図２のＩ−Ｉ線断面図である。 同記録ヘッドの導入孔付近の平面図である。 は図２のIII−III線断面図である。 は図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

符号の説明

２ キャビティユニット
３ アクチュエータ
１１ キャビティプレート
１１ａ 圧力室
１２ ベースプレート
１３ アパチャプレート
１４，１５ マニホールドプレート
１８ ノズルプレート
１８ａ ノズル孔
２３ａ，２３ｂ 共通インク室（共通液室）
２４ａ，２４ｂ 導入孔
２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ 連通孔
２３ｃ、２４ｃ、２５ｃ、２６ｃ 隔壁
３０ フィルタ

Claims (6)

1. 液体に吐出圧力を付与する複数の圧力室、その圧力が付与された液体を吐出するノズル孔、前記複数の圧力室に液体を供給する共通液室、外部から液体を導入する導入孔、その導入孔と前記共通液室の一端とを接続する連通孔をそれぞれプレート部材に備え、その複数のプレート部材の積層によって構成される液体吐出装置において、
   同種の液体を供給する隣接した複数の共通液室は、少なくとも１つの前記プレート部材に隔壁を介して隣接した独立した形状に形成され、その隣接した複数の共通液室の一端に接続する前記連通孔および前記導入孔は、それぞれ隔壁を介して複数隣接形成され、その隣接した複数の共通液室の一端、複数の前記連通孔、および複数の前記導入孔は、前記積層方向に対向して配置され、
   前記隣接する複数の共通液室の一端、複数の前記連通孔、および複数の前記導入孔間の各隔壁のいずれかは、前記複数の導入孔が前記隣接する複数の共通液室のいずれとも連通するように、他の前記隔壁に対し前記隣接方向にずれて位置する部分を有し、
   前記複数の導入孔の前記連通孔とは反対側の面を覆うフィルタが、その複数の導入孔間の隔壁を含みかつその複数の導入孔にわたって固定されている液体吐出装置。
2. 前記共通液室は、積層方向に隣接した複数のプレート部材にそれぞれ形成された開口によって形成され、各プレート部材の開口間の前記隔壁の少なくとも１つが、前記連通孔または前記導入孔間の隔壁とずれて位置する部分を有している請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記各プレート部材の前記隔壁が相互にずれた部分を有している請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記各隔壁の少なくとも一つは、前記積層方向から見て前記フィルタと重なる位置において、屈曲した形状を有している請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出装置。
5. 前記圧力室を形成する開口と、前記導入孔を形成する開口とは１つのプレート部材に形成され、前記連通孔を形成する開口を備えるプレート部材には、前記圧力室と前記共通液室とを接続する接続流路が形成されている請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出装置。
6. 前記圧力室を形成する開口を備える前記プレートは、前記連通孔を形成する開口を備える前記プレート部材よりも、前記積層方向における厚さにおいて薄い請求項５に記載の液体吐出装置。

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