(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルを有するノズルプレート、当該ノズルのそれぞれに対応した複数の圧力室を有するベースプレート、当該ベースプレートと前記ノズルプレートとの間に位置し前記複数の圧力室にインクを供給するための共通インク室を有するマニホールドプレート、及び当該マニホールドプレートと前記ベースプレートとの間に位置し前記各圧力室の両端を前記共通インク室と前記ノズルとにそれぞれ接続させるインク供給孔、及び貫通孔を有するスペーサプレートを積層したキャビティプレートと、前記圧力室のそれぞれに対応し前記インクを吐出させるための圧力を前記圧力室に与える複数の圧力発生部を備えるアクチュエータと、を具備し、前記圧力室と前記圧力発生部とが対応するように、前記キャビティプレートと前記アクチュエータとを積層してなるインクジェットプリンタヘッドであって、
前記圧力室を、前記ベースプレートの前記圧力発生部側と前記スペーサプレート側との両面に開口して形成し、当該圧力室におけるインクの流れ方向と直交する断面において前記スペーサプレートと対応する側の面の面積を、前記圧力発生部と対応する側の面の面積よりも小さくするとともに、その両部分をほぼインクの流れ方向にわたって設けた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】
前記アクチュエータは、前記複数の圧力室にわたる大きさの圧電シートを積層し、当該圧電シート間に前記各圧力室に対応する駆動電極を設けた構造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プリンタヘッド。
【請求項３】
前記圧力室の前記インク供給孔側の一端には、前記インクの流れ方向と直交する断面積が前記圧力室よりも小さい絞り部を接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリンタヘッド。
【請求項４】
前記ベースプレートは、４２合金を使用して形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
【請求項５】
前記ベースプレートは、樹脂を使用して形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何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】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタヘッドの技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインクジェットプリンタヘッドは、複数のノズルおよび当該ノズルのそれぞれに対応し、インク供給源からのインクを当該ノズルに供給するための複数の圧力室を備えたキャビティプレートと、この圧力室毎に形成された駆動電極および隣接する圧力室に共通するコモン電極により圧電シートを挟んで積層したプレート型のアクチュエータとからなり、このアクチュエータを、キャビティプレートに、当該アクチュエータにおける各駆動電極が各圧力室に対応するように積層された構成となっていた。
【０００３】
このような構成において、アクチュエータにおける各駆動電極のうち任意の駆動電極と、コモン電極との間に電圧を印加することにより、圧電シートのうち電圧を印加した駆動電極の部分に圧電による積層方向の歪みが発生し、この歪みによる圧力にて各駆動電極に対応する圧力室の内容積が縮小されることにより、この圧力室のインク圧力室のインクが、ノズルから液滴状に吐出して、所定の印字が行なわれる。
【０００４】
ところで、駆動電極とコモン電極との間に電圧を印加した後は、圧力室に与えられる圧力を迅速に減衰させることが必要であり、この圧力を減衰させるためには、圧力室におけるインクが流れる流路の抵抗（以下「流路抵抗」という）を増すことが一般的である。例えば、圧力室の流入側の流路断面積を減らしたり、圧力室の幅を狭くすることにより、流路抵抗を増す方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧力室の流入側の流路断面積を減らす方法では、元々、断面積が小さい流路に対して、さらに断面積が小さい箇所を設けることとなるので、わずかの寸法誤差で、プリンタヘッドの特性のバラツキが大きくなる。一方、圧力室の幅を狭くする方法では、駆動電極の幅を考慮しなければならないため一定の限界がある。つまり、組み立てずれのマージンを考慮して圧力室の幅を駆動電極の幅よりも大きくしなければならないため、流路幅を小さくするのには限界がある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題を解決し、効率良く流路抵抗をかせぐことができるインクジェットプリンタヘッドを提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、複数のノズルを有するノズルプレート、当該ノズルのそれぞれに対応した複数の圧力室を有するベースプレート、当該ベースプレートと前記ノズルプレートとの間に位置し前記複数の圧力室にインクを供給するための共通インク室を有するマニホールドプレート、及び当該マニホールドプレートと前記ベースプレートとの間に位置し前記各圧力室の両端を前記共通インク室と前記ノズルとにそれぞれ接続させるインク供給孔、貫通孔を有するスペーサプレートを積層したキャビティプレートと、前記圧力室のそれぞれに対応し前記インクを吐出させるための圧力を前記圧力室に与える複数の圧力発生部を備えるアクチュエータと、を具備し、前記圧力室と前記圧力発生部とが対応するように、前記キャビティプレートと前記アクチュエータとを積層してなるインクジェットプリンタヘッドであって、前記圧力室を、前記ベースプレートの前記圧力発生部側と前記スペーサプレート側との両面に開口して形成し、当該圧力室におけるインクの流れ方向と直交する断面において前記スペーサプレートと対応する側の面の面積を、前記圧力発生部と対応する側の面の面積よりも小さくするとともに、その両部分をほぼインクの流れ方向にわたって設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧力室を、ベースプレートの圧力発生部側とスペーサプレート側との両面に開口して形成し、当該圧力室におけるインクの流れ方向と直交する断面において前記スペーサプレートと対応する側の面の面積を、圧力発生部と対応する側の面の面積よりも小さくするとともに、その両部分をほぼインクの流れ方向にわたって設けたので、圧力室における流路全体で効率良く流路抵抗をかせぐことができ、また、圧力発生部の寸法を考慮するのは、一方の面のみでよく、従って、他方の面近傍で効率良く流路抵抗をかせぐことができる。
【０００９】
請求項２記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室にわたる大きさの圧電シートを積層し、当該圧電シート間に前記各圧力室に対応する駆動電極を設けた構造であることを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
請求項３記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、請求項１または２に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧力室の前記インク供給孔側の一端には、前記インクの流れ方向と直交する断面積が前記圧力室よりも小さい絞り部を接続されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧力室のインク供給源側の一端には、流路抵抗をコントロールするための絞り部を有しており、この絞り部より寸法の大きい圧力室にて流路抵抗をかせぐようにしているので、プリンタヘッドの特性のバラツキを極力抑えつつ、効率良く流路抵抗をかせぐことができる。
【００１３】
請求項４記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、請求項１乃至３の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ベースプレートは、４２合金を使用して形成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、ベースプレートに４２合金を使用することにより、エッチングにより簡単に圧力室を形成することができる。
【００１５】
請求項５記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、請求項１乃至３の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ベースプレートは、樹脂を使用して形成されることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、ベースプレートに樹脂を使用することにより、プレスや、成形で簡単に圧力室を形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。以下の説明は、圧電式インクジェットヘッドに対して本発明を適用した場合の実施形態である。
【００１８】
図１、図２および図３は、本発明の実施形態にかかる圧電式インクジェトプリンタヘッドの斜視図を示すものである。また、図４は、本体フレーム１の下面図である。
【００１９】
記録媒体に沿って走行する公知のキャリッジ（図示せず）に搭載される本体フレーム１は、図３に示すように、上面開放の略箱状に形成されており、その上方から４つのインクカートリッジ（図示せず）を着脱自在に装着できる搭載部３を有し、該搭載部３の一側部位３ａには、各インクカートリッジのインク放出部（図示せず）に接続できるインク供給通路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが本体フレーム１の底板５の下面まで連通している。なお、この搭載部３の一側部位３ａの上面には、各インクカートリッジのインク放出部（図示せず）と密接できるようにしたゴム製等のパッキング（図示せず）が配置されている。
【００２０】
底板５は、搭載部３から一段下に突出するようにして水平状に形成され、図２および図４に示すように、該底板５の下面側には、後述するフロントヘッドユニット６を２つ並列させて配置するための２つの支持部８を段付き状に形成する。該各支持部８には、ＵＶ接着剤にて固定するための複数の空所９ａ、９ｂが上下に貫通するように形成されている。
【００２１】
図５は、フロントヘッドユニット６の斜視図を示すものである。図６は、フロントヘッドユニットの断面図を示すものである。フロントヘッドユニット６は、図５および図６に示すように、複数枚の積層型のキャビティプレート１０と、該キャビティプレート１０に対して接着剤または接着シートを介して接着・積層されるプレート型の圧電アクチュエータ２０と、その上面に外部機器との電気的接続のために、フレキシブルフラットケーブル４０が接着剤にて重ね接合されて構成されており、最下層のキャビティプレート１０の下面側に開口されたノズル１５から下向きにインクが吐出する。
【００２２】
図７は、キャビティプレート１０の分解斜視図を示すものである。図８は、キャビティプレート１０の分解拡大斜視図を示すものである。キャビティプレート１０は、図８に示すように、ノズルプレート１１、二枚のマニホールドプレート１２、スペーサプレート１３、ベースプレート１４の五枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構造である。本実施形態では、これらの各プレート１１〜１４は、４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有している。なお、これらの各プレート１１〜１４は、金属に限らず、例えば、樹脂により形成してもよい。
【００２３】
ノズルプレート１１には、微小径（本実施形態では、２５μｍ程度）の複数のインク吐出用のノズル１５が、当該ノズルプレート１１における長手方向の中心線１１ａ、１１ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列で穿設されている。二枚のマニホールドプレート１２には、共通インク室１２ａ、１２ｂが、ノズル１５の列の両側に沿って延びるように穿設されている。この共通インク室１２ａ、１２ｂは、二枚のマニホールドプレート１２に対するノズルプレート１１およびスペーサプレート１３の積層により密閉される構造になっている。
【００２４】
また、ベースプレート１４には、図８に示すように、長手方向の中心線１４ａ、１４ｂに対して直交する方向に延びる細幅の複数の圧力室１６が千鳥状配列で穿設されている。また、ベースプレート１４には、各圧力室１６と接続される絞り部１６ｄが穿設されている。さらに、当該絞り部１６ｄと接続されるインク供給孔１６ｂが穿設されている。各インク供給孔１６ｂは、スペーサプレート１３における左右両側部位に穿設されたインク供給孔１８を介して、マニホールドプレート１２における共通インク室１２ａに連通している。ここで、各絞り部１６ｄにおけるインクが流れる方向と直交する断面積は、各圧力室１６における当該断面積より小さい構造となっている。これは、絞り部１６ｄの断面積を小さくすることにより、流路抵抗を増すためである。なお、各圧力室１６の断面形状については後述する。
【００２５】
各圧力室１６の一端部１６ａは、ノズルプレート１４における千鳥状配列のノズル１５に、スペーサプレート１３および二枚のマニホールドプレート１２に同じく千鳥状配列で穿設されている微小径の貫通孔１７を介して連通している。
【００２６】
これにより、ベースプレート１４およびスペーサプレート１３の一端部に穿設されたインク供給孔１９ａ、１９ｂから共通インク室１２ａ、１２ｂ内に流入したインクは、共通インク室１２ａから各インク供給孔１８、インク供給孔１６ｂ、絞り部１６ｄを通って各圧力室１６に分配される。そして、各圧力室１６の一端部１６ａの方向にインクが流れ、各貫通孔１７を通って、各圧力室１６に対応するノズル１５に至ることとなる。
【００２７】
図９は、圧電アクチュエータ２０の分解拡大斜視図を示すものである。圧電アクチュエータ２０は、図９に示すように、二枚の圧電シート２１、２２と、一枚の絶縁シート２３とを積層した構造である。最下段の圧電シート２１の上面には、キャビティプレート１０における各圧力室１６毎に対応した細幅の複数の駆動電極２４が、千鳥状配列で設けられている。また、各駆動電極２４の一端部２４ａは、圧電アクチュエータ２０の表裏面２０ａ、２０ｂと直交する左右側面２０ｃに露出するように形成されている。
【００２８】
次段の圧電シート２２の上面には、複数の圧力室１６に対して共通のコモン電極２５が、設けられている。コモン電極２５の一端部２５ａも、各駆動電極２４の一端部２４ａと同様、左右側面２０ｃに露出するように形成されている。
【００２９】
最上段の絶縁シート２３の上面には、各駆動電極２４の各々に対する表面電極２６と、コモン電極２５に対する表面電極２７とが、左右側面２０ｃに沿って並ぶように設けられている。
【００３０】
また、左右側面２０ｃには、各駆動電極２４の一端部２４ａに第１の凹み溝３０が、コモン電極２５の一端部２５ａに第２の凹み溝３１が、それぞれ積層方向に延びるように設けられている。各第１の凹み溝３０内には、図６に示すように、各駆動電極２４と各表面電極２６とを電気的に接続する側面電極３２が、第２の凹み溝３１内には、コモン電極２５と表面電極２７とを電気的に接続する側面電極３３が、それぞれ形成されている。なお、符号２８および２９の電極は、捨てパターンの電極である。
【００３１】
各駆動電極２４に対応する位置とコモン電極２５とに挟まれた圧電シート２２の各領域は、各圧力室１６に対応した圧力発生部となる。
【００３２】
以上のような構成のキャビティプレート１０と圧電アクチュエータ２０とは、キャビティプレート１０における各圧力室１６と、圧電アクチュエータ２０における駆動電極２４とが対応するように積層される。また、圧電アクチュエータ２０における上側の表面２０ａには、フレキシブルフラットケーブル４０が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル４０における各種の配線パターン（図示せず）が、各表面電極２６、２７に電気的に接合される。
【００３３】
このような構成において、圧電アクチュエータ２０における各駆動電極２４のうち任意の駆動電極２４と、コモン電極２５との間に電圧を印加することにより、圧電シート２２のうち電圧を印加した駆動電極２４の部分、即ち、圧力発生部に、圧電効果による積層方向の歪みが発生する。そして、この歪みによる圧力にて、各駆動電極２４に対応する圧力室１６の内容積が縮小されることにより、この圧力室１６内のインクが、ノズル１５から液滴状に吐出して、所定の印字が行われる。
【００３４】
次に、本発明の特徴部分である圧力室１６の断面形状について、詳しく説明する。図１０は、キャビティプレート１０と圧電アクチュエータ２０との積層部におけるインクの流れ方向と直交する断面図を示すものである。圧力室１６の上方の幅１６ｅは、図１０に示すように、圧電アクチュエータ２０の圧力発生部５０の幅５０ａより大きくなっている。これは、組み立てずれのマージンを考慮し、かつ、圧力室１６の上方が、圧力発生部５０から圧力を効率良く受けるようにするためである。一方、圧力室１６の下方は、圧力発生部５０から直接、圧力を受けないため、圧力室１６の圧力発生部５０の幅５０ａを考慮する必要はない。従って、圧力室１６の下方の幅１６ｆは、図１０に示すように、圧力室１６の圧力発生部５０の幅５０ａより小さくなっている。
【００３５】
即ち、圧力室１６の下面の面積は、圧力室１６の圧力発生部５０と対応する上面の面積より小さくなっている。これにより、圧力室１６におけるインクの流れ方向と直交する断面において、圧力室１６の下方の流路抵抗を、上方の流路抵抗より大きくすることができる。
【００３６】
これに対し、従来は、ベースプレート１４を片面からエッチングして圧力室を形成しており、図１１に示すように、圧力室の上方の幅と下方の幅とがほぼ等しい断面形状であった。従って、従来は、圧力室の上方および下方の幅を狭くするには、圧力発生部の幅を考慮しなければならず、一定の限界があり、流路抵抗を効率的にかせぐことができなかった。
【００３７】
一方、本発明にかかる実施形態では、圧力室１６におけるインクの流れ方向と直交する断面において、流路抵抗の大きい部分と小さい部分を設けるとともに、その両部分をインクの流れ方向にわたって設ける構成としたので、効率良く流路抵抗をかせぐことができ、圧力発生部５０が高周波で振動した場合でも、圧力の減衰が効率良くなされ、ノズル１５でのインクのメニスカスの安定化を図ることができ、安定したインク吐出を行うことができる。このような圧力室１６は、ベースプレート１４の両面から、それぞれ異なる寸法幅で、エッチングを行うことにより形成することができる。また、ベースプレート１４が、樹脂を使用して形成される場合には、プレス、成形等により、このような断面形状を有する圧力室１６を形成することができる。
【００３８】
なお、圧力室１６の断面形状は、図１０の例に示すものに限定されるものではなく、例えば、台形状にするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能である。また、ベースプレート１４を複数枚で構成し、各プレートに断面積の異なる開口を形成してプレートを積層したとき、複数の開口を連結して１つの圧力室１６を形成することも可能である。
【００３９】
また、上記実施形態においては、圧電アクチュエータ２０における圧力発生部には、圧電式のものを使用したが、これに限定されず、静電気式の圧力発生部などを使用するように構成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧力室を、ベースプレートの圧力発生部側とスペーサプレート側との両面に開口して形成し、当該圧力室におけるインクの流れ方向と直交する断面において前記スペーサプレートと対応する側の面の面積を、圧力発生部と対応する側の面の面積よりも小さくするとともに、その両部分をほぼインクの流れ方向にわたって設けたので、圧力室における流路全体で効率良く流路抵抗をかせぐことができ、その結果、効率よく圧力を減衰し、安定したインク吐出を行うことができ、また、圧力発生部に対する位置ずれや寸法に余裕をもって製作することができ、他方の面近傍で効率良く流路抵抗をかせぐことができる。
【００４１】
【００４２】
請求項３記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧力室のインク供給源側の一端には、流路抵抗をコントロールするための絞り部を有しており、この絞り部より寸法の大きい圧力室にて流路抵抗をかせぐように構成したので、プリンタヘッドの特性のバラツキを極力抑えつつ、効率良く流路抵抗をかせぐことができる。
【００４３】
請求項４記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、ベースプレートに４２合金を使用することにより、エッチングにより簡単に圧力室を形成することができる。
【００４４】
請求項５記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、ベースプレートに樹脂を使用することにより、プレスや、成形で簡単に圧力室を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  圧電式インクジェットヘッドのノズル側を上にした斜視図である。
【図２】  圧電式インクジェットヘッドの部品の分解斜視図である。
【図３】  圧電式インクジェットヘッドを上方から見た部品の分解斜視図である。
【図４】  本体フレームの底板を下面側から見た下面図である。
【図５】  フロントヘッドユニットの斜視図である。
【図６】  フロントヘッドユニットの断面図である。
【図７】  キャビティプレートの分解斜視図を示すものである。
【図８】  キャビティプレートの分解拡大斜視図を示すものである。
【図９】  圧電アクチュエータの分解拡大斜視図を示すものである。
【図１０】  本実施形態におけるキャビティプレートと圧電アクチュエータとの積層部におけるインクの流れ方向と直交する断面図である。
【図１１】  従来におけるキャビティプレートと圧電アクチュエータとの積層部におけるインクの流れ方向と直交する断面図である。
【符号の説明】
１  本体フレーム
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  インク供給通路
５  底板
６  フロントヘッドユニット
１０  キャビティプレート
１１  ノズルプレート
１２  マニホールドプレート
１２ａ、１２ｂ  共通インク室
１３  スペーサプレート
１４  ベースプレート
１５  ノズル
１６  圧力室
１６ｄ  絞り部
１８、１９ｂ、１９ａ  インク供給孔
２０  圧電アクチュエータ
２１、２２  圧電シート
２３  絶縁シート
２４  駆動電極
２５  コモン電極
２６、２７  表面電極
３０、３１  凹み溝
３２、３３  側面電極
４０  フレキシブルフラットケーブル
【図１】
0003714151.tif 000002
【図２】
0003714151.tif 000003
【図３】
0003714151.tif 000004
【図４】
0003714151.tif 000005
【図５】
0003714151.tif 000006
【図６】
0003714151.tif 000007
【図７】
0003714151.tif 000008
【図８】
0003714151.tif 000009
【図９】
0003714151.tif 000010
【図１０】
0003714151.tif 000011
【図１１】
0003714151.tif 000012