JPH0939227A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オンデマンド型インクジェット記録ヘッドにお
いて、インクの吐出量を最大限に大きくし、特性の優れ
たインクジェット記録ヘッドを実現する。 【解決手段】インク加圧室４とインク供給部７との間
に、インク加圧室４の圧力がインク供給部７の圧力より
高くなると閉じ、低くなると開く一方向弁20を配設す
る。この一方向弁20は、振動板13に弁板16及び弁板支持
はり17を形成し、弁座板14を振動板13の上に接合して形
成する。この上をカバー15で覆ってインク供給部７を構
成する。更に、振動板13に弁板16及び弁板支持はり17を
形成するだけではなく、振動板13が弁座板を兼ねる構成
も可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、記録液を小滴と
してノズルより噴射して記録するインクジェット記録方
式に用いられるインクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、微細なノズル孔よりインクを噴射
して紙などの記録媒体上に付着させて記録する方法は、
インクジェット記録法として知られている。その原理の
一つとして、オンデマンド型インクジェット記録ヘッド
（以下、記録ヘッドと略称する）がある。

【０００３】この方式の記録ヘッドは、一般的には、そ
の平面図（キャビティ板）である図７と、断面図である
図８とに示すような構造をしている。すなわち、ガラ
ス、金属板、シリコンウェハあるいはプラスチック材料
などからなるキャビティ板１には、エッチング、機械加
工あるいは金型成形などの方法で、インクノズル２、ノ
ズル流路３、インク加圧室４、インク供給路５及びフィ
ルタ流路６からなる複数のインク流路11とこれらの流路
につながるインク溜め７が溝状に形成されている。この
キャビティ板１に振動板８を静電接合や熱圧着などの方
法で積層・一体化し、インク加圧室４に対応する位置の
振動板８の反対側表面に電気機械変換素子である圧電素
子９を接着剤層10を介して接着して、図８に示す構造に
構成している。

【０００４】このような構造において、圧電素子９にパ
ルス状の電圧を印加すると、振動板８がインク加圧室４
側に変位し、その容積を急激に減少させ、その減少容積
相当分のインクがノズル流路３に押し出され、インクノ
ズル２から吐出され、図示していない記録媒体上に点状
に付着し記録される。このような構造の記録ヘッドで
は、インク加圧室４の急速な体積減少によって効率よく
インクを吐出させるために、フィルタ流路６を設けてい
る。すなわち、インク吐出時にフィルタ流路６を逆方向
に流れるインクの流速に比べて、インク供給時（ノズル
部分の表面張力によってインク溜め７からインク流路11
へインクが流れる）にフィルタ流路６を流れるインクの
流速の方が小さいことを利用した絞り機構となってい
る。この絞り機構の流体抵抗はインクの流速に関係し、
流速が早いと流体抵抗が大きく、流速が遅いと流体抵抗
は小さい。この現象を利用して、インクノズル２の形状
に対応させてフィルタ流路６の形状を決定し、フィルタ
流路６にダイオード特性をもたせているのである。

【０００５】このように、従来技術の記録ヘッドでは、
絞り機構によってインク吐出時のインクの逆流を抑制し
ているため、この逆流を完全に防止することはできな
く、その分だけインクの吐出効率も低下していることに
なる。このようなインクの逆流を防止したインクジェッ
ト記録ヘッドとしては、図９に示すような一方向弁をも
つものが知られている。

【０００６】このヘッドは、円筒形圧電素子91のインク
供給側に一方向弁20が設けられ、インクノズル21側には
供給側との流体抵抗のバランスをとるための流体抵抗素
子22が取り付けられている。円筒形圧電素子91に電圧を
印加すると圧電素子91は収縮し、その内部にあるインク
の圧力が上昇して、インクがインクノズル21から吐出す
る。このとき一方向弁20は閉じてインクは逆流せず、ノ
ズル側にだけ送られる。電圧が切られるか逆極性の電圧
が印加されると、圧電素子91は拡大し、インクノズル21
から送りだしたインクの一部を吸い込むと同時に、一方
向弁20が開いてインクをインク供給部から供給する。

【０００７】この構造の一方向弁をもつ記録ヘッドは、
インクノズル毎に別々に構成されるので、小型化が困難
であり、マルチノズル化も面倒で、コストも高くなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、複
数のインク流路と複数のインクノズルをもつマルチノズ
ルの記録ヘッドにおいて、インク吐出時のインク加圧室
４からインク溜め７へのインクの逆流をできる限り少な
くして、インクノズルからのインクの吐出量を増加させ
た、特性のより優れた記録ヘッドを、安価に、実現する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明では、各インク
流路毎に、インク加圧室の圧力がインク供給部（従来技
術では、インク溜めと称した）の圧力より高くなると閉
じ、低くなると開く一方向弁を、インク加圧室とインク
供給部との間に備える。インク供給部は、従来技術と異
なり、インク流路のインクノズルとは反対の端近傍で、
振動板のインク流路とは反対面に配設する。

【００１０】一方向弁は、一方向弁の弁板及び弁板支持
はりを振動板に形成し、弁座を振動板上に配設して構成
するか、あるいは、一方向弁の弁板、弁板支持はり及び
弁座を全て振動板に形成して構成する。各インク流路毎
に一方向弁を配設するので、インク吐出時にインク供給
部側へインクが逆流することを防止することができる。

【００１１】また、この一方向弁は、複数の流路のそれ
ぞれに対応した位置の振動板を加工し、必要な部材を振
動板の所定の箇所に配設して構成するので、各流路毎の
一方向弁をまとめて形成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明では、複数のインク流路
に相当する溝を形成したキャビティ板と、一方向弁の弁
板及び弁板支持はりを形成した振動板とを接合し、振動
板のインク流路とは反対側の面において、弁板に対応す
る位置に弁座板の開口部を位置合わせして接合し、この
ようして構成した一方向弁部を覆ってカバーを接合して
インク供給部を形成している。この構成により、弁座
板、弁板及び弁板支持はりとで、インク加圧室の圧力が
インク供給部の圧力より高くなると閉じ、低くなると開
く一方向弁を構成する。

【００１３】なお、振動板に弁座、弁板及び弁板支持は
りを全て形成して一方向弁を構成し、弁座板を省略する
こともできる。

【００１４】

【実施例】図１及び図２はこの発明による記録ヘッドの
第１の実施例を示す断面図及び平面図である。インクノ
ズル２、ノズル流路３、インク加圧室４及びインク供給
路５からなるインク流路12に相当する、複数の溝を、金
型成形で形成したプラスチックからなるキャビティ板１
と、キャビティ板１のインク供給路５の端部近傍に対応
する位置に、プラズマエッチングで一方向弁の弁板16及
び弁板支持はり17を形成したプラスチックからなる振動
板13とを、溶剤接合で接合し、更に、この振動板13の開
口部を塞いで弁板16の弁座となるプラスチック製の弁座
板14を、弁座板14の外周部で振動板13に溶剤接合で接合
する。このプラスチック製の弁座板14の加工もプラズマ
エッチングによった。このように構成すると、弁座板14
と弁板16と弁板支持はり17と振動板13とで一方向弁が構
成される。この一方向弁を覆って、プラスチック製のカ
バー15を振動板13に溶剤接合で接合し、インク供給部７
を形成する。

【００１５】図２においては、キャビティ板１の形状を
太線で、振動板13の形状を細線で、弁座板14の形状を内
側の点線で、カバー15の形状を外側の２重の点線で示し
た。このようにして形成した一方向弁の構造の拡大図兼
動作説明図を図３に示す。図３の（Ａ）はインク加圧室
４の圧力とインク供給部７の圧力とに差がないか、イン
ク加圧室４の圧力の方が高い場合を示している。この場
合は、弁板16は弁板支持はり17に支えられるか、圧力差
により弁座板14に押しつけられることによって、弁座板
開口部141 を塞いでいる。図３の（Ｂ）はインク加圧室
の圧力がインク供給部の圧力より低くなった場合を示し
ており、この場合には、その圧力差によって弁板16が下
方に移動し、図の矢印のように、インク供給部７からイ
ンク供給路５にインクが流れる。

【００１６】図４は第１の実施例における振動板13の開
口部131 及び弁板支持はり17の形状の変形例を示したも
のである。（Ａ）は円形のもので、図２と同じものであ
る。（Ｂ）は四角いもの、（Ｃ）は円形だが弁板支持は
り17が４ヵ所にあるものである。この場合は弁板16の面
が弁座板14の面に平行のままで移動する。ここでは、振
動板13の開口部131 の形状を変えた場合を示したが、弁
座板14の開口部141 も同様に変形することでできること
は自明であろう。

【００１７】図５は、一つの一方向弁において弁板16と
弁座板開口部を複数にした実施例である。図６は第２の
実施例であって、その一方向弁の部分だけを示したもの
である。振動板13にレーザー加工により斜めの切り込み
を入れて弁板16を形成している。弁板支持はり17の部分
はプラズマエッチングにより加工した。

【００１８】このような構成においては、インク加圧室
４の圧力とインク供給部７の圧力とに差がない場合に
は、図の状態になっていて、僅かな隙間が存在する。し
かし、インク加圧室４の圧力の方が高くなると隙間の分
だけ弁板16が上方に移動し、インク流路を塞ぐことがで
きる。インク加圧室４の圧力の方が低くなった場合に
は、下方に移動して、流路を大きく開き図３（Ｂ）の場
合と同様に、インク供給部７からインク供給路５にイン
クが供給される。

【００１９】この場合には、弁座板14を必要としない。
以上の実施例では、キャビティ板１、振動板13、弁座板
14及びカバー15の全てをプラスチック製として説明した
が、従来技術の項で説明したように、キャビティ板１及
び振動板13としては、他のいろんな組み合わせが可能で
あることは言うまでもない。弁座板14及びカバー15につ
いてもプラスチック製に限定されるものではないことも
言うまでもない。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、各インク流路毎に一
方向弁を配設するので、インク吐出時にインク供給部側
へインクが逆流することを防止することができる。した
がって、最大のインク吐出特性が得られる。また、この
一方向弁は、複数の流路のそれぞれに対応した位置の振
動板を加工し、必要な部材を振動板の所定の箇所に配設
して構成するので、各流路毎の一方向弁をまとめて形成
することができる。そのため、個々の流路の一方向弁を
個々に製造し、個々に設置するのに比べれば、その工程
は簡単であり、工数は大幅に低減する。

【００２１】第２の実施例においては、弁座板14を必要
としないから、その工程はより簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による記録ヘッドの断面図

【図２】この発明の実施例による記録ヘッドの平面図

【図３】この発明の実施例における一方向弁の構造を示
す拡大図兼動作説明図

【図４】この発明の実施例における一方向弁の形状の変
形例を示す平面図

【図５】この発明の実施例における一方向弁の形状の他
の変形例を示す平面図及び断面図

【図６】この発明の他の実施例における一方向弁の構造
を示す平面図及び断面図

【図７】従来技術による記録ヘッドの平面図

【図８】従来技術による記録ヘッドの断面図

【図９】従来技術による一方向弁をもつインクジェット
記録ヘッドの断面図

【符号の説明】 １ キャビティ板 ２, 21 インクノズル ３ ノズル流路 ４ インク加圧室 ５ インク供給路 ６ フィルタ流路 ７ インク供給部（インク溜め） ８ 振動板 ９ 圧電素子 91 円筒型圧電素子 10 接着層 11, 12 インク流路 13 振動板 131 振動板開口部 14 弁座板 141 弁座板開口部 15 カバー 16 弁板 17 弁板支持はり 20 一方向弁 22 流体抵抗素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のインクノズル及び、複数の、加圧室
   を含むインク流路に相当する溝を形成したキャビティ板
   と振動板を接合し、インク加圧室に対向する振動板の表
   面に圧電素子を接着してなるオンデマンド型インクジェ
   ット記録ヘッドにおいて、 インク流路のインクノズルとは反対の端近傍で、振動板
   のインク流路とは反対面に配設されているインク供給部
   と、 振動板の一部を用いて形成され、インク加圧室とインク
   供給部との間に配設されている、インク加圧室の圧力が
   インク供給部の圧力より高くなると閉じ、低くなると開
   く一方向弁と、 を備えていることを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
   ドにおいて、 一方向弁の弁板及び弁板支持はりを振動板に形成し、一
   方向弁の弁座を振動板上に配設してなることを特徴とす
   るインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
   ドにおいて、 一方向弁の弁板、弁板支持はり及び弁座を振動板に形成
   してなることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。