(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
列状に複数個配置されたノズル孔からなるノズル群が複数形成された一枚のノズルプレートと、該ノズルプレートと流路形成部材で作る空間によって圧力発生室を形成した流路ユニットと、該流路ユニットに接合して保持する筐体と、前記圧力発生室に対応して設けられたインク加圧のための加圧素子と、該加圧素子に導体部を介して接続されるケーブルとを備え、前記流路ユニットを前記ノズル群毎に対応するよう複数設け、該複数の流路ユニットに各々対応するように前記ケーブルを複数設けるとともに、該複数のケーブルは前記流路ユニット間において、一端が前記加圧素子に前記導体部を介して各々接続され、他端が前記筐体の前記ノズルプレートが形成された面とは反対の方向に引き出されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記流路ユニットと流路ユニットの間に、前記ノズルプレートは前記導体部を露出する開口を備え、該開口部において該導体部に前記ケーブルを導接させた請求項１記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
前記ケーブルが、前記流路ユニットと流路ユニットの間、及び筐体に設けられた穴、又は切り欠きを通して前記筐体の後方へ引き出されている請求項1記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
前記加圧素子はノズルプレート上に形成された発熱抵抗体である請求項１記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
前記加圧素子は圧力発生室を形成する振動板と該振動板を静電気力で変形させる電極からなる請求項１記載のインクジェット式記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数のノズル孔を配置しながらも、ノズル位置精度に優れた高速、高印刷品質に適したインクジェット式記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタに対し、高印刷品質でしかも高速のカラー印刷が求められており、その手段として高解像度化や６色等多種インクの使用と多列化によるノズル孔数の増大といった対応が必要となっている。その結果、非常に大型の流路ユニットを作製してノズル孔数の増大を図ったり（特開平７−２２７９６６号公報）、複数個のヘッドを並列的に設置するといった手段がとられてきている（特開平６−２４１２３号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
多色化やノズル孔数増大化のために複数個のヘッドを並列的に設置する場合、これらヘッドに形成されたノズル孔の相対位置精度が悪いという問題がある。その解決の手段としてキャリッジ上に設置したヘッドの位置を個々に微調整する方法があるが、厳しい精度要求の故、調整精度の確保や、できたとしても多大な調整時間を必要とする等、現実的な手段とはいえない。
【０００４】
また、流路ユニットが大型化すると、インクジェット式記録ヘッドでは非常に微細な加工寸法が求められるにも拘わらず、一つの流路ユニット内に配置される多数の圧力発生室や圧力発生室へのインクの入口である供給口の寸法が、同一流路ユニット内での形成位置が離れると製造上大きなばらつきが生じてしまう。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは多数のノズル孔配置に高精度で、しかも吐出ばらつきや製造コストに対しても効果的に対応した、インクジェット式記録ヘッドを提供することである。特に、従来圧力発生室を形成する基板のノズルプレート対向面に加圧素子や駆動用の電極をもつインクジェット式記録ヘッドに適したヘッド構造を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解消するために本発明のインクジェット式記録ヘッドは、列状に複数個配置されたノズル孔からなるノズル群が複数形成された一枚のノズルプレートと、該ノズルプレートと流路形成部材で作る空間によって圧力発生室を形成した流路ユニットと、該流路ユニットに接合して保持する筐体と、前記圧力発生室に対応して設けられたインク加圧のための加圧素子と、該加圧素子に導体部を介して接続されるケーブルとを備え、前記流路ユニットを前記ノズル群毎に対応するよう複数設け、該複数の流路ユニットに各々対応するように前記ケーブルを複数設けるとともに、該複数のケーブルは前記流路ユニット間において、一端が前記加圧素子に前記導体部を介して各々接続され、他端が前記筐体の前記ノズルプレートが形成された面とは反対の方向に引き出されているものである。
【０００７】
【作用】
その結果、複数のノズル孔列を１枚のノズルプレート上に配設でき、全ノズル孔の位置精度が向上し、高印刷品質が、しかも高速で行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、本発明の記録ヘッドの一実施例を示す斜視図であり、図２はその断面図を、また図３はその一部拡大図である。
【００１０】
図中符号２はノズルプレートで、厚さ５０μｍ程の金属プレートから構成され、後述する圧力発生室９に連通するよう多数のノズル孔３がプレス加工、あるいはエレクトロフォーミングにより穿設されている。列状に複数同一ピッチ（たとえば１／３００インチピッチ）で、2列形成された（２列のノズル孔位置は互いに半ピッチずれている）ノズル孔３をノズル群４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとするとき、それらは互いに平行に１枚のノズルプレートに設けられており、またノズル群の間に位置して開口１７が設けられている。
【００１１】
符号５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄはノズル群４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ毎に設けられた流路ユニットで、各流路ユニットは共通の流路ユニットからなる。流路ユニット５ａ、５ｂ、…は流路形成部材６、加圧素子８、加圧素子８に接続する電極や保護膜および加圧素子８が形成された基板７からなり、内部にノズル孔と同ピッチで配列されて各ノズル孔に連通する圧力発生室９とインク供給口１０、および各圧力発生室に連通した共通インク室１１とインク導入口１２が形成されている。
【００１２】
圧力発生室９とインク供給口１０は流路形成部材６とノズルプレート２で挟まれた空間に形成されており、流路ユニット５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄはノズル群４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに対応してそれぞれ平行にノズルプレートの表面に固着されている。尚、図４はノズルプレート２と流路ユニット５ａ、５ｂ、…のみの状態を背面から見たときの図である。
【００１３】
加圧素子８はノズルプレート２に対向して各圧力発生室９内の基板７に形成されており、ここでは気泡発生用の発熱抵抗素子である。符号１３はノズルプレート２および流路ユニットに接着してこれらを保持する筐体であり、その内部にインク室１１に連通するインク経路１４を有し、そのインク経路１４の一端は先端を細くした針１５となっている。
【００１４】
ノズルプレート２に形成された前述の開口部１７は基板７の一部が露出するよう構成されており、その基板の露出部には各加圧素子８に直接に、または基板７上に形成した駆動用トランジスターを介して、接続する導体部１８が等ピッチに列状に形成されている。尚、ここでは加圧素子８から導体部１８に至る基板７上の電極パターンの詳細は省略するが、特開昭５５−９０３７６号公報他と同様、基板上に薄膜プロセスを用いて各加圧素子毎パターン配線したものである。
【００１５】
図中符号１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは駆動信号伝送用フレキシブルケーブルであり、その先端には等ピッチに銅箔が露出しており、この銅箔は導体部１８にはんだ、金／スズ、あるいは金／金接合等によって導接され、ケーブル１６ａ、１６ｂ…は流路ユニット５ａ、５ｂや５ｂ、５ｃ等の間および筐体１３に設けた穴または切り欠きを通して、その背後へ引き出されている。引き出されたケーブル１６ａ、１６ｂ、…は筐体１３の背後に取り付けられた回路基板１９に接続されている。
【００１６】
尚、図では省略したが、導体部１８とケーブル１６との接続部、即ち開口１７周囲および両サイドのケーブル１６ａ、１６ｄ導接部にはインクとの接触を避けるため、また筐体１３とノズルプレート２との接合をさらに補強するために、樹脂モールドが施される。
【００１７】
記録ヘッドはプリンター本体機構のキャリッジに搭載され、回路基板１９に設けられたコネクター（図示なし）にはプリンター本体の波形発生回路からケーブルが接続されて、図１の矢印方向に移動を繰り返しつつメディア上に印刷を行う。針１５に例えば４色Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋのインクカートリッジを装着することにより各ノズル群毎に各色のインク滴を吐出しつつ印刷を実行できる。
【００１８】
本構成によれば流路ユニットと流路ユニットの間に加圧素子に接続する導体部の露出とその導体部にケーブルを導接させるスペースを確保し、よって複数のノズル列を１枚のノズルプレート上に形成できている。複数列におよぶノズル孔を全て１枚のノズルプレートに収めることによって同一ノズル群内のみならず、全ノズル群を含めて、ノズル孔の相対位置ズレ量を１０μｍ以下とすることができる。
【００１９】
特に、加圧素子が基板のノズルプレート対向面に形成されたこの種のヘッド構造にあってはケーブルの取り出し上、３列以上のノズル孔群を並列的に配置することは難しいが、本構成によれば多数列のノズル配置が可能となる。さらにノズルプレートに開口を設け、開口部に基板上の導体部を露出させてケーブルを導接させたので各ケーブルの導接や背後へ引き出しをまとまりよく実現できている。
【００２０】
またノズルプレート２を筐体１３で保持することで、大判化したノズルプレートの、さらには開口部を備えて弱体化したノズルプレートの変形を防止しでき、ノズル孔位置の安定化や吐出性能の劣化をきたさないよう配慮している。
【００２１】
本実施例のように、流路ユニットを各ノズル群毎に設けることで各流路ユニットを小型化し、流路ユニット大型化に伴うノズル間の吐出性能のばらつきを、具体的にはインク滴吐出速度、吐出量や安定性に関するばらつきを極力抑えることができる。またさらに本実施例のように共通の流路ユニットを複数配置すれば、各ユニット間でのばらつきが抑えられるし、製造上の簡略化も図ることができる。
【００２２】
実施例では一つのノズル群は列状に複数同一ピッチで２列配置のノズル孔で構成され、列間では半ピッチずれて配置されている。そして上述のケーブル接続に必要な間隔をおいて各ノズル群はキャリッジの移動方向に配置している。しかしノズル孔位置は目的に対応した形態、つまりモノクロ高解像度印刷に適したノズル孔列や、複数の色インクによるカラー印刷を行うのに適したノズル孔列等、仕様に応じて、勿論様々に配置することができる。
【００２３】
図５は本発明の他の実施例である。列状に１／３００インチのピッチで設けられた複数のノズル孔３がノズル群２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄとして６列ノズルプレート２に配設されており、また３個所の開口部１７を有する。開口部１７にて露出させた基板に導接されたケーブル２６ａ、２６ｂ、２６ｃはノズルプレート２の側方、すなわち図の上方へ配線した後、筐体１３に沿って後方へ引き出している。 また隣接するノズル群間では共通のケーブルで導接することで製造組立て上の効率化を図ったものである。
【００２４】
図６は本発明の他の実施例で、列状に１／３００インチのピッチで設けられた複数のノズル孔３がノズル群３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄとしてノズルプレート２に配設されている。各加圧素子に接続する導体部３８をノズル群３４ａ、３４ｂ等の間をノズルプレート２の両側方まで基板上を引き出して露出させ、その個所にケーブル３６ａ、３６ｂの先端部を導接したもので、ケーブルはノズルプレート両側方に筐体１３に沿って後方へ引き出している。ケーブルはノズル群間で共通化して２枚としたものである。
【００２５】
図５、図６の実施例の記録ヘッドにおいては、ノズル列各々に別種インクを供給できるよう構成することにより、キャリッジ１パスで６色のインク滴を吐出しつつ印刷を実行できる。
【００２６】
図７は本発明の他の実施例を示す断面図であって、図８は圧力室周辺の一部を拡大した断面図である。また図９は背面から見たところであり、ノズル孔の配置は図６と同様である。図中符号５２はノズルプレートで、厚さ１００〜３００μｍ程のシリコンプレートから構成され、圧力発生室５９に連通するよう多数のノズル孔５３がエッチング、あるいはレーザー加工により列状に複数同一ピッチで６列にわたり平行に穿設されている。
【００２７】
符号５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄは流路ユニットで、流路ユニット５５ａ、５５ｂ、５５ｃ，５５ｄは流路形成部材５６、加圧素子５８からなり、内部にノズル孔と同ピッチで配列されて各ノズル孔５３に連通する圧力発生室５９とインク供給口６０、および各圧力発生室に連通した共通インク室６１が形成されている。筐体６３は流路形成部材５６およびノズルプレート５２に背面から接着されており、圧力発生室５９とインク供給口６０は流路形成部材５６とノズルプレート５２および筐体６３で挟まれた空間に形成されている。筐体６３はインク室６１に連通するインク経路６２を有している。
【００２８】
加圧素子５８や圧力発生素子に接続する電極やそれらの保護膜等はノズルプレート５２の背面に直接形成されており、ここでは加圧素子５８はノズル孔５３近傍で圧力発生室５９内のノズルプレート５２に形成された気泡発生用の発熱抵抗素子である。
【００２９】
流路ユニットと流路ユニットの間で、流路形成部材５６および筐体６３に形成された開口部６７からノズルプレート５２の背面が露出するよう構成されており、露出部には加圧素子５８に直接に、または基板上に形成した駆動用トランジスターを介して、接続する導体部６８が等ピッチで列状に形成されている。
【００３０】
図中符号６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄは駆動信号伝送用フレキシブルケーブルであり、流路ユニット５５ａ、５５ｂ、…等の間および筐体１３に設けた開口部６７を通して、その先端に露出した銅箔は導体部６８にはんだ、金／スズ、あるいは金／金接合等によって導接され、そしてケーブル６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄはその背後へ引き出されている。引き出されたケーブル６６ａ、６６ｂ、…は筐体１３の背後に取り付けられた回路基板（図示せず）に接続される。
【００３１】
本実施例によれば、加圧素子および導体部をノズルプレート背面に形成したのでノズルプレートに開口を設けることなく、流路ユニットと流路ユニットの間に導体部を後方に露出せしめてケーブルを導接することが可能となっている。そして全ノズルを１枚のプレートに収めてその位置精度を向上させている。
【００３２】
また本実施例では圧力発生室の一面を筐体によって封止する方法をとっており、構造の簡略化を実現した。またノズルプレートは筐体に保持することでその強度を確保した。
【００３３】
図１０は本発明のさらに他の実施例であって、その吐出原理はすでに特開平５−５０６０１号公報に説明されている。すなわち、ガラス基板７７上の微小凹み８１に形成された電極９１と流路形成部材であるシリコン基板７５との間に電界を加えることで薄い振動板７８がたわみ変形するもので、伝送用のケーブル８６はノズルプレート７２の開口部８７に露出したガラス基板上の導体部８８およびコモン電極であるシリコン基板上の導体部９２にノズルプレート側から導接され、導接されたケーブル８６は流路ユニットの間を後方へ引き出されている。
【００３４】
本実施例によれば従来この種の記録ヘッドでは困難であった３列以上のノズル列を１枚のノズルプレートに配置することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明においては、列状に複数個配置されたノズル孔からなるノズル群が複数形成された一枚のノズルプレートと、該ノズルプレートと流路形成部材で作る空間によって圧力発生室を形成した流路ユニットと、該流路ユニットに接合して保持する筐体と、前記圧力発生室に対応して設けられたインク加圧のための加圧素子と、該加圧素子に導体部を介して接続されるケーブルとを備え、前記流路ユニットを前記ノズル群毎に対応するよう複数設け、該複数の流路ユニットに各々対応するように前記ケーブルを複数設けるとともに、該複数のケーブルは前記流路ユニット間において、一端が前記加圧素子に前記導体部を介して各々接続され、他端が前記筐体の前記ノズルプレートが形成された面とは反対の方向に引き出されているもので、よって複数のノズル列を１枚のノズルプレート上に形成でき、ノズル孔の位置精度を向上でき、高品質印刷を高速で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す外観斜視図である。
【図２】同上実施例の断面図である。
【図３】同上実施例の圧力発生室周辺に関する一部拡大断面図である。
【図４】同上実施例を背面から見た説明図である。
【図５】本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の一実施例を示す外観斜視図である。
【図６】本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の一実施例を示す外観斜視図である。
【図７】本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の一実施例を示す断面図である。
【図８】同上実施例の圧力発生室周辺の一部拡大断面図である。
【図９】同上実施例を背面から見た説明図である。
【図１０】本発明のインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室周辺に関する他の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
２  ノズルプレート
３  ノズル孔
５  流路ユニット
６  流路形成部材
７  基板
８  加圧素子
９  圧力発生室
１１  インク室
１３  筐体
１６  駆動信号伝送用ケーブル
１７  開口部
１８  導体部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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