(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するためのノズルと、そのノズルに連通する連通孔を一端に有し且つインクが充填されたポンピングチャンバーと、そのポンピングチャンバーにそのポンピングチャンバーの他端からインクを供給するマニホールドと、前記ポンピングチャンバー内のインクを噴射する為のエネルギーを付加するエネルギー発生素子とを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記連通孔は、前記マニホールド側から前記連通孔に向かう前記ポンピングチャンバーの方向に対して前記ポンピングチャンバーの一端から直角に延び、
前記ポンピングチャンバーを構成する、前記連通孔の延びる方向と平行に延びる側壁は、前記マニホールド側から前記連通孔に向かって前記連通孔の延びる方向と直角に延び、かつ前記連通孔付近で、渦巻形状を成しながら前記連通孔へ前記マニホールド側から前記連通孔に向かう方向に対して直角に結合していることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
【請求項２】
前記ポンピングチャンバーは、前記連通孔に対して、その一方の側面がインボリュート曲線形状を成しながら結合し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プリンタヘッド。
【請求項３】
前記連通孔は、ノズルに向かって次第に細くなるテーパ形状を有することを特徴とする請求項１もしくは２に記載のインクジェットプリンタヘッド。
【請求項４】
前記エネルギー発生素子は、前記ポンピングチャンバーの前記ノズルと相対する面に位置していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インク滴を吐出することにより印字記録を行なうインクジェット記録装置に用いられるインクジェットプリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインクジェットヘッドとしては、ドロップオンデマンド方式がよく知られており、例えば、エネルギー発生素子として圧電セラミックスを用い、その圧電セラミックスの変形によってインク流路の容積を変化させることにより、その容積減少時にインク流路内のインクをノズルから液滴として噴射し、容積増大時にインク導入口から溝内にインクを導入するようにしたものがある。そして、所要の印字データに従って所要の位置のノズルからインク滴を噴射させることにより、インクジェットヘッドと対向する紙面上等に所望する文字や画像を形成するものである。
【０００３】
この種のインクジェットヘッドとしては、例えば、特開昭６３−２４７０５１号公報、特開昭６３−２５２７５０号公報及び特開平２−１５０３５５号公報に記載されているものがある。
【０００４】
従来、インクジェットプリンタヘッドのアクチュエータ部分は、主に、インクを吐出するノズルを備えたノズルプレートと、インク流路を成すインクキャビティが形成されたキャビティプレートと、インク流路内のインクを吐出させる為のエネルギー素子等からなる駆動源と、インクマニホールドなどのインク供給系とから構成されており、各構成部品は接着などの手法で組み立てられていた。そして、エネルギー発生素子として電気−熱変換素子である発熱素子を利用した、いわゆるバブルジェット方式印字ヘッドや、上記のような電気−機械変換素子である圧電素子を利用したピエゾ方式印字ヘッド等が実用化されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したインクジェットプリンタヘッドにおけるインク流路は、寸法精度の都合や、ノズルプレートとキャビティプレートとの組み付けの都合や、ヘッド寸法等の都合から、屈曲点を持ったり、不均一になったりすることが多い。そのため、何かの理由でヘッド内に外気が取り込まれたとき、前記インク流路の変化点では多くの場合、気泡が滞留することとなり、特にその部位がノズル近傍にかけて存在すると、インク滴の正常な吐出や飛翔を妨げる吐出不良の原因となることがしばしばあった。
【０００６】
そして、これら気泡はパージ操作を行なってもなかなか除去できず、復旧が非常に困難であった。
【０００７】
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、流路構成により気泡の滞留を防ぎ、安定した吐出特性が得られるインクジェットプリンタヘッドを提供することを目的としている。
【０００８】
【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のインクジェットプリンタヘッドは、インクを吐出するためのノズルと、そのノズルに連通する連通孔を一端に有し且つインクが充填されたポンピングチャンバーと、そのポンピングチャンバーにそのポンピングチャンバーの他端からインクを供給するマニホールドと、前記ポンピングチャンバー内のインクを噴射する為のエネルギーを付加するエネルギー発生素子とを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記連通孔は、前記マニホールド側から前記連通孔に向かう前記ポンピングチャンバーの方向に対して前記ポンピングチャンバーの一端から直角に延び、前記ポンピングチャンバーを構成する、前記連通孔の延びる方向と平行に延びる側壁は、前記マニホールド側から前記連通孔に向かって前記連通孔の延びる方向と直角に延び、かつ前記連通孔付近で、渦巻形状を成しながら前記連通孔へ前記マニホールド側から前記連通孔に向かう方向に対して直角に結合している。
【０００９】
尚、前記ポンピングチャンバーは、前記連通孔に対して、その一方の側面がインボリュート曲線形状を成しながら結合していてもよい。
【００１０】
尚、前記連通孔は、ノズルに向かって次第に細くなるテーパ形状を有してもよい。前記エネルギー発生素子は、前記ポンピングチャンバーの前記ノズルと相対する面に位置してもよい。
【００１１】
【作用】
上記の構成を有する本発明の請求項１に係るインクジェットプリンタヘッドにおいては、ポンピングチャンバーを構成する側壁が、流路の形成方法や組み立ての都合から不均一になり易い流路構造のうち、特に吐出特性に影響を与え易い少なくとも連通孔付近の部位より、渦巻形状を成しながら前記連通孔へ前記マニホールド側の端部から前記連通孔に向かう方向に対して直角に結合されている。然るに、本インクジェットプリンタヘッドによれば、ポンピングチャンバーからノズルに向かって流れるインク流に、回転を付与することにより気泡等の不良吐出因子の滞留を防ぎ、ノズルより力強いインク吐出を行なう。併せて、ノズルからのドロップの吐出方向および吐出特性の安定化を可能にするものである。
【００１２】
請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいては、ポンピングチャンバーは、連通孔に対して、その一方の側面がインボリュート曲線形状を成しながら結合されている。よって、インクはエネルギー発生素子より付加されたエネルギーを受け、損失なく連通孔へ向かって回転する渦流を発生させる。そのため、より不良吐出因子の滞留を防ぎ、更に力強い吐出を行なう。併せて、ノズルからのドロップの吐出方向および吐出特性の高い安定化を可能にする。
【００１３】
請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいては、連通孔は、ノズルに向かって次第に細くなるテーパ形状を成している。よって、連通孔部にて発生した渦流は、ノズル方向に向かうにつれ更に勢いを増し、更に力強い吐出を行なう。そのため、より不良吐出因子の滞留を防ぎ、併せて、ノズルからのドロップの吐出方向および吐出特性の高い安定化を可能にする。請求項４に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいては、前記エネルギー発生素子は、前記ポンピングチャンバーの前記ノズルと相対する面に位置している。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説明する。
【００１５】
図４に、本発明の一実施例であるインクジェットヘッドを搭載するインクジェットプリンタの要部を示す。図中におけるプラテン１１０は、軸１１２によりフレーム１１３に回転可能に取り付けられており、モータ１１４によって駆動される。プラテン１１０には紙１１１がセットされており、プラテン１１０に対向してインクジェットヘッド１０が設けられている。インクジェットプリンタヘッド１０は、インク供給装置１１６と共にキャリッジ１１８上に載置されている。キャリッジ１１８はプラテン１１０の軸線に平行に配設された２本のガイドロッド１２０に摺動可能に支持されると共に、一対のプーリ１２２に巻き掛けられたタイミングベルト１２４が結合させらている。そして、一方のプーリ１２２がモータ１２３によって回転させられ、タイミングベルト１２４が送られることによりキャリッジ１１８はプラテン１１０に沿って移動させられる。
【００１６】
図１に、本発明の実施例のインクジェットプリンタヘッド１０の断面図を示す。また、図２に、本発明の一実施例のキャビティプレート１１のインク流路の構成図を示す。キャビティプレート１１は感光性ガラスであり、その厚さは０.５〜２ｍｍである。そのキャビティプレート１１には、ノズル１４につながる連通孔１２が、所定のノズル数だけ所定の位置に形成されている。連通孔１２にはインク流路（ポンピングチャンバー１７）がオフセットされ設置されている。そして、各々のポンピングチャンバー１７を構成する少なくとも連通孔１２付近の側壁は、渦巻形状（図中でいうと反時計回りの渦流）を成しながら前記連通孔１２と結合している。
【００１７】
このキャビティプレート１１の連通孔１２には、ノズル１４の列を有するノズルプレート１３がエポキシ系接着剤により接着され、さらに、キャビティプレート１１のノズルプレート１３と相対する面には振動板１５が同じくエポキシ系接着剤により接着されている。又、連通孔１２は各々ノズル１４に向かって次第に細くなるテーパ形状を有している。
【００１８】
振動板１５のポンピングチャンバー１７に相当する位置には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子１６がやはりエポキシ系接着剤により接着され設置されている。なお、キャビティプレート１１の材質は感光性ガラスに限定されるものではなく、たとえば金属エッチングやセラミックス成形などによっても形成できる。また、接着剤もエポキシ系接着剤に限定されるものではなく、用途に応じてシリコン系やその他の接着剤であっても可能である。
【００１９】
このような構造のインクジェットプリンタヘッド１０は、インク供給管１９、インクフィルター(図示せず)、インクタンク(図示せず)などを装着することにより、ヘッドユニットとして完成する。インクタンク中のインクは、途中、インクフィルターによってゴミや気泡を除去されてインク供給孔２０よりマニホールド１８に導かれ、個別のポンピングチャンバー１７に分岐されて各々に充填される。
【００２０】
次に、上記構成を有するインクジェットプリンタヘッド１０の動作を説明する。プリンタヘッド１０は、それぞれのＰＺＴ素子１６の所定の駆動により生ぜしめられたインク流は、前記ポンピングチャンバー１７を伝って連通孔に流れ込み、インク滴が、所定の容量／速度でそれぞれのノズル１４より吐出される。その際、ポンピングチャンバー１７から連通孔１２へのインクの流れは、ポンピングチャンバー１７の側面の渦巻形状により効率よく回転を付与され、ポンピングチャンバー１７と連通孔１２の接合部に気泡を滞留させることなく、ノズルからのドロップの吐出方向および吐出特性は安定化したものとなるため、着弾精度の高い高精細な印字イメージを実現でき、高品質で高機能なプリンタを提供することができる。
【００２１】
特に、本実施例の連通孔は、連通孔がノズルに向かって次第に細くなるテーパ形状を有しているため、インクはノズル方向に進むにつれてその吐出圧力が次第に高められるため、勢いの良いインクドロップを前記ノズルより吐出でき、前記ドロップの吐出方向および吐出特性を高精度で安定化できる。
【００２２】
更に、上記効果を向上させるには、ポンピングチャンバー１７の連通孔付近の側面はインボリュート曲線形状を成しているのが好ましい。インボリュート曲線は次式（インボリュート関数）で表される。図３にはその形状を示す。
【００２３】
θ  ＝  ｉｎｖ  α  ＝  ｔａｎ  α  ＋  α
インボリュート曲線形状にすると、ポンピングチャンバー１７より生じたインク流束が効率よく連通孔で渦流を生じ、特にノズルが設けられたその中心部へとインクは導かれる。従って、より強力に気泡の滞留を防ぐと共に、ノズルからのドロップの吐出方向および吐出特性を高精度で安定化できる。
【００２４】
尚、本発明は上記実施例中に示される構造に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本発明に係るインクジェットプリンタヘッド１０は、上記実施例に例示されたＰＺＴ素子１６の変形を用いてインク吐出を行なうものに限定されることなく、電気−熱変換素子を用いてインク吐出を行なう所謂バブルジェット方式のインクジェットプリンタヘッドであってもよい。また、ドロップオンデマンド方式の吐出形式をとるインクジェットプリンタヘッドに限定されることなく、コンティニュアスジェット式の吐出形式をとるものでもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように、本発明のドロップオンデマンド方式のインクジェットプリンタヘッドによれば、流路の形成方法や組み立ての都合から不均一のなり易い流路構造のうち、特に、吐出特性に影響を与え易いポンピングチャンバーから直角をなしてノズルに向かう連通孔にかけての部位の構造を、渦巻形状とし、ノズルへの連通孔と前記マニホールド側の端部から前記連通孔に向かう方向に対して直角に接続することにより、ポンピングチャンバーからノズルに向かって流れるインク流に、回転を付与することにより気泡の滞留を防ぎ、併せて、ノズルからのドロップの吐出方向および吐出特性を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例のインクジェットプリンタヘッドの断面図である。
【図２】  本発明の実施例のキャビティプレートのインク流路の構成図である。
【図３】  インボリュート曲線形状の説明図である。
【図４】  本発明の一実施例のインクジェットプリンタヘッドを搭載するインクジェットプリンタの要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  インクジェットプリンタヘッド
１１  キャビティプレート
１２  連通孔
１３  ノズルプレート
１４  ノズル
１５  振動板
１６  ＰＺＴ素子
１７  ポンピングチャンバー
１８  マニホールド
【図１】
0003716452.tif 000002
【図２】
0003716452.tif 000003
【図３】
0003716452.tif 000004
【図４】
0003716452.tif 000005