(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、外部からインクの供給を受けるリザーバ、該リザーバとインク供給口を介して接続するとともに前記ノズル開口の各々に連通する複数の圧力発生室とを備えた流路形成基板と、該流路形成基板の他方の面を封止する弾性板と、前記圧力発生室を加圧する加圧手段とからなるヘッドユニットと、
前記インクを分配する流路が形成された支持基台とを備え、
前記ヘッドユニットを紙送り方向に複数段、千鳥状に紙幅方向に着脱可能に前記支持基台に固定するとともに、前記支持基台の前記ヘッドユニットの存在しない位置にワイパ収容用の凹部がワイピング方向に複数形成されているインクジェット式ライン記録ヘッド。
【請求項２】
前記ワイパ収容用の凹部が、前記支持基台の複数の前記ヘッドユニットの間に形成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
前記各ヘッドユニットの前記リザーバがそれぞれ独立のフィルタを介して外部からインク供給を受ける請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、外部からインクの供給を受けるリザーバ、該リザーバとインク供給口を介して接続するとともに前記ノズル開口の各々に連通する複数の圧力発生室とを備えた流路形成基板と、該流路形成基板の他方の面を封止する弾性板と、前記圧力発生室を加圧する加圧手段とからなるヘッドユニットと、
前記インクを分配する流路が形成された支持基台とを備え、
前記ヘッドユニットを紙送り方向に複数段、千鳥状に紙幅方向に着脱可能に前記支持基台に固定するとともに、前記支持基台の前記ヘッドユニットの存在しない位置にワイパ収容用の凹部がワイピング方向に複数形成されているインクジェット式ライン記録ヘッドと、
前記各ヘッドユニットのノズル開口列に対向する位置にキャップを備え、また前記キャップの間にワイピング部材が設けられたキャッピング装置を前記記録ヘッドに対して進退可能に設けてなる記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ヘッドユニットを複数用いて構成された多数ノズルのインクジェット式記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式プリンタは、文字高さ程度の記録高さを有する記録ヘッドを紙幅方向に往復動させて、１行の印刷が終了する度に記録用紙を所定量紙送りするシリアル方式により印刷するように構成されていて、ページプリンタに比較して印字速度が低いという問題を抱えている。
このような問題を解消するために、記録用紙の幅に相当する領域にノズル開口を配置した記録ヘッド、いわゆるライン記録ヘッドが提案されているが、１つのノズル開口からのインク吐出能力にバラつきが生じても印字品質が大きく低下するため、製造の歩留まりが極めて低く、コストが高くなるという問題がある。
【０００３】
このような問題を解消するため、比較的製造歩留まりが高い記録幅が小さいインクジェット式記録ヘッドをユニットとして、これを紙幅方向に複数配置して多数ノズルの記録ヘッドを構成することも、例えば特公平２−５７５０６号公報、特公平３−５９９２号公報等に見られるように多数提案されている。
【０００４】
このようにユニットを同一の基板に多数のユニットを配置してライン記録ヘッドを構成した場合には、単一の記録ヘッドとして構成する場合に比較してコストの低減を図ることが可能な反面、各ユニットを位置合わせして支持体に取付ける作業や、また各ユニット個々にインクを供給するための配管が必要となって支持体やヘッド回りの構造が複雑化するという問題がある。
【０００５】
さらにはノズル開口列が各ユニット毎に離散的に設けられているためインク吐出能力を維持するための操作が複雑になるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなさたものであってその目的とするところは、インク供給路の簡素化を図ることができる多数ユニットからなるインクジェット式記録ヘッドを提供することである。
【０００７】
また本発明の他の目的は、インク吐出能力を維持、回復させるキャッピング装置を備えた記録装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために請求項１の発明においては、複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、外部からインクの供給を受けるリザーバ、該リザーバとインク供給口を介して接続するとともに前記ノズル開口の各々に連通する複数の圧力発生室とを備えた流路形成基板と、該流路形成基板の他方の面を封止する弾性板と、前記圧力発生室を加圧する加圧手段とからなるヘッドユニットと、前記インクを分配する流路が形成された支持基台とを備え、前記ヘッドユニットを紙送り方向に複数段、千鳥状に紙幅方向に着脱可能に前記支持基台に固定するとともに、前記支持基台の前記ヘッドユニットの存在しない位置にワイパ収容用の凹部がワイピング方向に複数形成されている。
また請求項４の発明においては、複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、外部からインクの供給を受けるリザーバ、該リザーバとインク供給口を介して接続するとともに前記ノズル開口の各々に連通する複数の圧力発生室とを備えた流路形成基板と、該流路形成基板の他方の面を封止する弾性板と、前記圧力発生室を加圧する加圧手段とからなるヘッドユニットと、前記インクを分配する流路が形成された支持基台とを備え、前記ヘッドユニットを紙送り方向に複数段、千鳥状に紙幅方向に着脱可能に前記支持基台に固定するとともに、前記支持基台の前記ヘッドユニットの存在しない位置にワイパ収容用の凹部がワイピング方向に複数形成されているインクジェット式ライン記録ヘッドと、前記各ヘッドユニットのノズル開口列に対向する位置にキャップを備え、また前記キャップの間にワイピング部材が設けられたキャッピング装置を前記記録ヘッドに対して進退可能に設けて構成されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１、図２、図３は、それぞれ本発明の記録ヘッドの一実施例を示すものであって、図１は、組立斜視図、図２（イ）（ロ）は、それぞれノズル開口列形成側及び電極側の構造を示す図、及び図３は１つの圧力発生室の近傍を拡大して示す断面図で、図中符号１は、シリコン単結晶基板をエッチングして形成された流路形成基板で、外周の対向する４つの辺２、３、４、５がシリコン単結晶基板の結晶方位＜１１１＞に平行な平行四辺形となるようにエッチングにより切り出されている。
【００１０】
これら４つの辺２〜４は、図４に示したように対向する２辺２、３と他の２辺４、５とがそれぞれ約７０．５度、及び１０９．５度で交差するとともに、シリコン単結晶基板の表面に対して垂直な壁を備えている。
【００１１】
６、７は、それぞれ辺４、５に平行に形成された圧力発生室で、長手方向の壁が辺４、５に平行で、かつシリコン単結晶基板の表面に対して垂直な壁を有していて、この実施例では２列が千鳥状で、かつ中央側の端部が辺４、５に対して垂直な線に平行となるように配置されている。圧力発生室６、７は、それぞれ中央側で後述するノズル開口列８、９に連通し、また辺２、３側でインク供給口１０、１１を介して後述するリザーバ１２、１３に連通されている。
【００１２】
１２、１３は、それぞれ各列の圧力発生室６、７にインクを供給する凹部からなるリザーバで、図２（イ）に示したように流路形成基板１の辺２、３に対向する辺１２ａ，１３ａ側が辺２、３に平行で、また辺４、５に対向する辺１２ｂ、１３ｂが辺２、３に平行で、さらに他の辺１２ｃ、１３ｃがノズル開口列８、９に平行となるほぼ三角形状に形成されて、１２ａ，１３ａと辺１２ｂ、１３ｂとが接する対角点にはインク導入口１４、１５と連通する孔１６、１７が形成されている。
【００１３】
そして図４に示したように辺１２ａ、１２ｂ、及び辺１３ａ，１３ｂを形成する壁も、シリコン単結晶基板の表面に対して垂直な面として形成されている。なお、図中括弧＜＞はエッチングにより出現する面を、また括弧（）内の数字は表面に対する角度をそれぞれ示す。
【００１４】
２０は、ノズルプレートで、圧力発生室６、７の配列ピッチに合わせて２列のノズル開口列８、９が形成され、流路形成基板１の一方の面を封止している。これらノズル開口列８、９は、前述の圧力発生室６、７の位置に合わせて形成されている関係上、流路形成基板１の辺４、５に対して垂直となるように形成されている。
【００１５】
２１は、流路形成基板１の他方の面を封止する弾性板で、酸化ジルコニアや酸化シリコンなどの電気絶縁性からなる弾性薄板により構成されており、リザーバ１２、１３の凹部１６、１７に対向する位置にインク導入口１４、１５が形成され、また表面には下電極２２が形成されている。
【００１６】
インク導入口１４、１５には、図５に示したように一端にフランジ３４ａが形成された管体として構成され、その流出口側にインク中の気泡や塵埃を除去するためのフィルタ３５を収容して構成された接続具３４が固定されている。
【００１７】
２３は、下電極２２の表面に膜形成法等により形成された圧電材料膜で、その表面には図２（ロ）に示したように各圧力発生室６、７に対向する位置に相互が電気的に独立する上電極２４、２５が形成され、端部には接続端子部２４ａ、２５ａが、さらに上電極２４、２５と接続端子部２４ａ、２５ａとを接続するリード部２４ｂ、２５ｂが形成されている。
【００１８】
これら接続端子部２４ａ、２５ａには、圧力発生室６、７の並び方向、つまり下電極を含む平面に平行な方向には電気抵抗が高く、圧力発生室６、７の並び方向と垂直な方向、つまり厚み方向には高い導電度を示す異方性導電接着剤層２６、２７を介して回路基板２８が固定されている。回路基板２８には、外部駆動回路に接続するフレキシブルケーブル２９が接続され、また表面にはフレキシブルケーブル２９からの印刷データを駆動信号に変換する半導体集積回路３０が固定れている。
【００１９】
この半導体集積回路３０からの駆動信号は、回路基板２８に形成された導電パターン３１、３２、及び導電接着剤層２６、２７を介して個々の上電極２４、２５に選択的に供給さる。
【００２０】
また符号３８、３９は、流路形成基板１の、ノズルプレートの基準孔３６、３７と対向する位置に形成された通孔を示す。
【００２１】
図６、図７、図８は、上述したヘッドユニットを使用した記録ヘッドの一実施例を示すものであって、図中符号４０、４１は、上述したヘッドユニットで、紙送り方向（図中矢印Ａで示す方向）に２段に配置され、各段のヘッドユニット４０、４１が千鳥状で、かつ上下で隣接するヘッドユニット４０、４１の端部のノズル開口が、各ユニット４０、４１のノズル開口のピッチＰとなるように位置決めして支持基台４２に着脱可能に固定されている。
【００２２】
各段の隣接するヘッドユニット４０、４１の間には、後述するクリーニング部材であるワイパ７８、７９を収容する凹部４４、４５が形成されている。
【００２３】
支持基台４２は、裏面側に設けられたインク補給口４７から流入したインクを後述するインク分配口５０に供給する分配流路４８が形成されている。また表面側にはヘッドユニット４０、４１の配列位置に合わせてヘッドユニット４０、４１のリザーバに対向する領域を支持する段差部５２と、ヘッドユニット４０、４１の半導体集積回路３０を収容する凹部５４とが形成されている。
【００２４】
段差部５２にはヘッドユニット４０、４１の位置決め孔３６、３７に一致するように位置決めピン５３、５５が植設され、またインク分配口５０、５０が開口されている。凹部５４にはフレキシブルケーブル２９の他端を接続するコネクタ５６が設けられている。
【００２５】
このように構成した支持基台２において、ヘッドユニット４０、４１のケーブル２９（図１）の他端をコネクタ５６に接続し、またインク分配口５０、５０に弾性材からなる弁機能を備えたパッキン６０、６０を填め込む。
【００２６】
ついで、ヘッドユニット４０の位置決め孔３６、３７を位置決めピン５３、５５に位置合わせすると、ヘッドユニット４０、４１の接続管３４、３４の先端がパッキン６０の上方に拡開する開口６０ａに位置する。この状態でヘッドユニット４０、４１を支持基台４２側に押込むと、ヘッドユニット４０、４１は、位置決めピン５３、５５によりガイドされ、また接続管３４、３４がパッキン６０、６０を押し広げながら移動して支持基台４２の凹部５２に収容される。
【００２７】
基台４２にヘッドユニット４０、４１が陥入した状態では、ヘッドユニット４０、４１はノズルプレート２０の位置決め孔３６、３７が位置決めピン５３、５５により規定の位置に位置決めされ、リザーバの領域が支持基台４２の段差部５２、５２に支持され、また接続管３４、３４が図５（ロ）に示したようにパッキン６０の弾性により支持基台４２に固定される。
【００２８】
これにより、各ヘッドユニット４０、４１は、それぞれのノズル開口が位置決め孔３６、３７を基準として支持基台４２に独立に位置決めされるから、多数ノズル開口を備えた記録ヘッドに生じがちなインク滴の着弾位置の累積誤差の発生を防止することができる。
【００２９】
また、接続管３４、３４は、パッキン６０、６０の弾性により分配口５０、５０に固定されているから、接続管３４、３４とインク分配口５０、５０との間の若干の位置ズレは、パッキン６０、６０の弾性変形により吸収され、両者間の液密状態が維持される。
【００３０】
全てのヘッドユニット４０、４１を支持基板４２に取付けが終了した段階で、図８に示したように各ヘッドユニット４０、４１のノズル開口に対向する領域、及び凹部に対向する領域に窓６２、６３、６４、６５を備えた固定プレート６６をヘッドユニット４０、４１に当接させてネジ６７などにより支持基台４２に固定する。
【００３１】
図９は、上述の記録ヘッド７０を用いた記録装置の一実施例を示すものであって、図中符号７２は、移動手段で、記録ヘッド７０のノズル開口面をプラテン７１に向けて、ノズル開口の配列方向がプラテン７１の軸に平行となるように記録ヘッド７０を位置決めするとともに、プラテン７１上の記録媒体との間隙を印刷に適した距離、または後述するキャッピング装置７３を当接させることができる位置まで後退させるように構成されている。
【００３２】
７３は、前述のキャッピング装置で、記録ヘッド７０のノズル開口面に垂直な方向（図中矢印Ｂ方向）と、上下方向（図中矢印Ｃ方向）に進退可能で、かつ少なくとも各ヘッドユニット４０、４１のノズル開口の配列領域内をヘッドユニット４０、４１の面に平行な方向（図中矢印Ｄ方向）に移動できるように移動手段７２に取付けられている。
【００３３】
図１０は、前述のキャッピング装置７３一実施例を、取付け基台を省略して示すものであって、ヘッドユニット４０、４１の配列ピッチに合わせて各ヘッドユニット４０、４１のノズル開口を封止するキャップ７６、７７と、キャップ７６、７７の間にクリーニング部材を構成する弾性板からなるワイパ７８、７９を基台７５に設けて構成されている。各キャップ７６、７７は、チューブ８０を介して図示しない吸引ポンプに接続されて負圧の供給を受けるように構成されている。このように構成されたキャッピング装置本体は、印字動作やクリーニング動作に支障を来さないように取付け基台に支持されている。
【００３４】
この実施例において、インク補給口４７に図示しないインクタンクを接続すると、支持基台４２の分配流路４８を介して各インク分配口５０にインクが流れ込む。
【００３５】
この状態で記録ヘッド７０にキャッピング装置７３を当接させると、図１１（イ）に示したように各ヘッドユニット４０、４１のノズル開口列８、９（図１）がキャップ７６により封止される。ついで図示しない吸引ポンプ等の負圧発生手段からの負圧を作用させると、圧力発生室６、７を介してリザーバ１２、１３に負圧が作用してインク導入口１４、１５からリザーバ１２、１３に流れ込む。リザーバ１２、１３に流入したインクは、さらにインク供給口１０、１１を介して圧力発生室６、７に流れ込んでノズル開口列８、９から排出される。
【００３６】
リザーバ１２、１３は、インク導入口１４、１５から離れるほど狭くなる三角形状に構成されているため、インク導入口１４、１５から離れた領域ではインクの流量が少なくなるにもかかわらず流速が低下せず、インク供給口１０、１１を介して圧力発生室６、７にインクが流れ込むから、リザーバ１２、１３のいずれの箇所に気泡が存在してもインクの流れに乗って圧力発生室６、７を経由してノズル開口列８、９から排出される。
【００３７】
このようにして、記録ヘッド４０、４１へのインクの充填が完了した段階で、キャッピング装置７０をプラテン側に移動させ、ついで降下させて記録ヘッド７０から待避させる（図９において一点鎖線で示す状態）。そして移動装置７２により記録ヘッド７０とプラテン７１との間隔を印刷可能な距離に調整する。
【００３８】
図示しないホスト装置から印字データを出力すると、この信号はケーブル２９を介して半導体集積回路３０に入力し、印字データに対応した駆動信号に変換されて上電極２４、２５に供給される。これにより、圧電振動子の駆動信号が供給された領域だけが選択的にたわみ変位を起こし、特定の圧力発生室６、７が膨張、収縮して圧力発生室６、７へのインクの吸引、インクの加圧が行われ、印刷データに対応したノズル開口列８、９のノズル開口からインク滴が吐出してプラテン７１の記録媒体にドットが形成される。
【００３９】
ところで、支持基台７３を構成する材料とヘッドユニット４０、４１を構成する材料の熱膨張率に大きな相違が存在しても、ヘッドユニット４０、４１は、支持基台７３に対してサイズが小さいから、ヘッドユニット４０、４１に作用する熱膨張差に起因する応力が小さく、温度変化によるドットの着弾位置のズレや、またヘッドユニットの破損を防止することができる。
【００４０】
印刷が終了した段階で、キャッピング装置７３を記録ヘッド７０に向けて移動させると、各ワイパ７８、７９の先端がそれぞれに対向する凹部６４、６５内に収容され、各キャップ７６、７７が各ヘッドユニット４０、４１のノズル開口を封止する。
【００４１】
長時間の印刷によりインク吐出能力が低下した場合には、キャップ７６、７７の先端がノズルプレート２０から離れ、かつワイパ７８、７９の先端側がヘッドユニット４０、４１に当接して弾性変形を受ける位置まで若干後退させて（図１１（ロ））、キャッピング装置をノズル開口の並び方向（図中矢印Ｄで示す方向）に往復動させると、各ワイパ７８、７９は対応するヘッドユニット４０、４１に自身の弾性により弾接してノズル開口をワイピングして、ノズル開口近傍のインクカスや紙粉を払拭する。
【００４２】
ワイピング操作が終了した段階で、キャッピング装置７３により記録ヘッド７２を封止してノズル開口からインク滴を吐出させてメニスカスを回復させ、次の印刷に備える。
【００４３】
長期間の使用によりヘッドユニット４０、４１に故障が生じた場合には、固定プレート６６をヘッドユニット４０、４１から取り外し、支持基台７２のヘッドユニット取付け面に垂直な方向に、パッキン６０、６０の弾性力に打ち勝つように当該ヘッドユニット４０を引き出して、ヘッドユニット４０を支持基台７２から取り外す。
【００４４】
接続管３４がパッキン６０から抜けると、パッキン６０は自身の弾性により開口６０ａを封止して分配流路４８からのインクの漏洩や、また分配流路４８への空気の浸入を防止する。
【００４５】
ついでヘッドユニット４０の位置決め孔３６、３７を位置決めピン５３、５４に合わせてヘッドユニット４０を支持基台側に押込むと、ヘッドユニット４０は、位置決めピン５３、５４によりガイドされ、また接続管３４がパッキン６０を押し広げながら移動して凹部５２に陥入し、接続管３４がパッキンの弾性により支持基台４２に固定される。そして固定プレート６６を支持基台４２に固定すればヘッドユニット４０の交換が完了する。
【００４６】
なお、上述の実施例においては、記録ヘッド全体を同一のキャッピング装置により封止するようにしているが、図１１に示したように記録ヘッドを構成する各段のヘッドユニット４０、４１に対応させて異なる基台８１、８２にキャップ７６、７７及びワイパ７８、７９を取付け、各基台８１、８２をそれぞれ独立に移動可能とするとともに、各段のキャップ７６、７７にチューブ８３、８４を介して独立の吸引ポンプを接続するように構成すると、記録ヘッドのヘッドユニットに対応させてをよりきめ細かく封止したり、またクリーニングを行うことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、複数のヘッドユニットへのインク供給管口の簡素化を図ることができ、またヘッドユニットを簡単に交換することができ、さらに、記録ヘッドを構成するヘッドユニットの近傍にワイパを配置して小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録ヘッドの一実施例を示す組立斜視図である。
【図２】図（イ）、（ロ）は、それぞれノズル開口側、及び電極側の構造を示す図である。
【図３】同上記録ヘッドにおける１つの圧力発生室の近傍の構造を図２（イ）のＡ−Ａ線の断面で拡大して示す図である。
【図４】同上記録ヘッドを構成する流路形成基板のエッチング面を模式的に示す図である。
【図５】図（イ）（ロ）は、それぞれヘッドユニットを支持基台に固定する直前の状態と、固定状態における分配口及び続管の近傍を拡大して示す図である。
【図６】本発明の記録ヘッドの一実施例を、固定プレートを取り外して示す平面図である。
【図７】本発明の記録ヘッドの一実施例を、固定プレートを取り外して示す斜視図である。
【図８】本発明の記録ヘッドの一実施例を示す斜視図である。
【図９】本発明の記録ヘッドを用いた記録装置の一実施例を示す斜視図である。
【図１０】キャッピング装置の一実施例を示す斜視図である。
【図１１】図（イ）（ロ）はそれぞれキャッピング装置による記録ヘッドの封止状態と、クリーニング状態とを示す図である。
【図１２】キャッピング装置の他の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  流路形成基板
２、３、４、５  辺
６、７  圧力発生室
８、９  ノズル開口列
１０、１１  インク供給口
１２、１３  リザーバ
１４、１５  インク導入口
１６、１７  孔
２０  ノズルプレート
２１  弾性板
２２  下電極
２３  圧電振動板
２４、２５  上電極
２９  フレキシブルケーブル
３０  半導体集積回路３０
３４  接続管
３５  フィルタ
４０、４１  ヘッドユニット
４２  支持基台
４４、４５  ワイパ収容用の凹部
４７  インク補給口
６４  凹部
５０  インク分配口
５２  段差部
５６  コネクタ
５３、５５  位置決めピン
５４  凹部
６０  パッキン
６４  凹部
６６  固定プレート
７０  記録ヘッド
７１  プラテン
７２  移動装置
７３  キャッピング装置
７６、７７  キャップ
７８、７９  ワイパ
【図１】
0003552004.tif 000002
【図２】
0003552004.tif 000003
【図３】
0003552004.tif 000004
【図４】
0003552004.tif 000005
【図５】
0003552004.tif 000006
【図６】
0003552004.tif 000007
【図７】
0003552004.tif 000008
【図８】
0003552004.tif 000009
【図９】
0003552004.tif 000010
【図１０】
0003552004.tif 000011
【図１１】
0003552004.tif 000012
【図１２】
0003552004.tif 000013