(57)【要約】【課題】  ノズルプレートをヘッド部に強固に接着するとともに、ヘッド内部に空気を残さない高密度インク吐出装置を提供する。【解決手段】  インク吐出装置は、複数のインク吐出孔４及びその両端部に位置するインク吐出孔４′を有するノズルプレート１と、複数のインク吐出孔４、４′の各々に連通する互いに平行な複数のインク流路３、３′を有しインクに対して噴射エネルギーを与えるヘッド部２とを備え、ヘッド部２に前記ノズルプレート１を接着してこれらを一体化して構成され、両端部に位置するインク吐出孔４′はその内側に配置されている複数のインク吐出孔４と比較して孔面積が大きく設定される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のインク吐出孔を有するノズルプレートと、前記複数のインク吐出孔の各々に連通する互いに平行な複数のインク流路を有しインクに対して噴射エネルギーを与えるヘッド部とを備え、前記ヘッド部に前記ノズルプレートを接着してこれらを一体化したインク吐出装置において、
前記複数のインク吐出孔のうち、その両端部のインク吐出孔は、それ以外のインク吐出孔と比較して孔面積が大きいことを特徴とするインク吐出装置。
【請求項２】
前記両端部のインク吐出孔の大きさは、他のインク吐出孔にかかる所定のインク負圧に対してメニスカスが保持できる大きさに設定される請求項１記載のインク吐出装置。
【請求項３】
前記両端部のインク吐出孔は、その形状が楕円形状であり、その長軸方向が前記インク流路の端部開口部の長手方向と同一方向である請求項１又は２に記載のインク吐出装置。
【請求項４】
複数のインク吐出孔を有するノズルプレートと、前記複数のインク吐出孔の各々に連通する互いに平行な複数のインク流路を有しインクに対して噴射エネルギーを与えるヘッド部とを備え、前記ヘッド部に前記ノズルプレートを接着してこれらを一体化したインク吐出装置において、
前記複数のインク流路のうちその両端部のインク流路に対向するインク吐出孔は、少なくとも２つ以上で構成されていることを特徴とするインク吐出装置。
【請求項５】
前記両端部のインク流路に対向するインク吐出孔は、該インク流路の端部開口部の長手方向中心線に沿って配設した請求項４記載のインク吐出装置。
【請求項６】
複数のインク吐出孔を有するノズルプレートと、前記複数のインク吐出孔の各々に連通する互いに平行な複数のインク流路を有しインクに対して噴射エネルギーを与えるヘッド部とを備え、前記ヘッド部に前記ノズルプレートを接着してこれらを一体化したインク吐出装置において、
前記複数のインク流路のうちその両端部のインク流路は、その端部開口部の面積を他の流路よりも広くしたことを特徴とするインク吐出装置。
【請求項７】
複数のインク吐出孔を有するノズルプレートと、前記複数のインク吐出孔の各々に連通する互いに平行な複数のインク流路を有しインクに対して噴射エネルギーを与えるヘッド部とを備え、前記ヘッド部に前記ノズルプレートを接着してこれらを一体化したインク吐出装置において、
前記複数のインク流路の両側にインク吐出をすることのないダミーインク流路を形成し、前記ノズルプレートは、該ダミーインク流路が連通するインク吐出孔が形成されていないことを特徴とするインク吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルプレートのインク吐出孔からインクを噴射して記録動作を行うインク吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリンタにおいては、インパクト印字装置に代わって、カラー化、多階調化に対応し易いインクジェット方式などのノンインパクト印字装置が急速に普及している。これを用いるインク吐出装置としては、特に印字に必要なインク液滴のみを吐出するドロップ・オン・デマンド型がインク吐出効率の良さ、低コスト化の容易さなどから注目されている。
【０００３】
その中でも、インク流路壁面を変形させ、その際に生じる圧力波変動を利用してインクを噴射する圧電駆動によるインク吐出装置はノズルの高密度化や省エネルギー化に適している。
【０００４】
上記方式を採用したインクジェットヘッドは、ノズルプレートを、そのプレート上に形成された概ね２０μｍφのインク吐出孔をノズルプレートヘッド部に形成されたインク流路に対向させてヘッド部に接着し一体化されて構成される。その際、ノズルプレートを十分に密着させて、強固にヘッド部に接合するためには十分な量の接着剤を用いて接着することが望ましい。
【０００５】
しかし、十分な量の接着剤を用いて、ノズルプレートとヘッド部を加圧し、接着するとヘッド部に付けられた接着剤が広がり、余分な接着剤は、その逃げ場として開口部であるインク流路（隣接するインク流路を含む）に入る。接着剤の量が多くなると、インク流路に入り込む接着剤量が多くなりインク流路で大きな接着剤フィレットとなるため、その接着剤によりノズルプレートのインク吐出孔が塞がってしまうという問題が発生する。
【０００６】
そこで、従来は、上記問題を解決するために、ヘッド部のノズルプレートの接着面に空溝を設け、この空溝に接着剤を逃がすようにしていた。また、ノズルプレート内面やヘッド部表面にインク流路に直交するように延びる複数の空溝を形成し、ノズルプレートとヘッド部の間の接着力及び密着力を向上させようとした構成が示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２７１９４号公報（図２、図５，明細書ｐ３、右欄２８行〜ｐ４右欄３１行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特開平１１−２２７１９４号公報に記載のインクジェットヘッドでは、ヘッド部において実際のインク吐出に利用される有効インク流路の両側、またはノズルプレート内面やヘッド部のノズルプレート接合面にインク流路に直交するように延びる空溝を形成することによって、ノズルプレートとヘッド部を加圧して接着する際に余分な接着剤が空溝に入り込み、インク吐出孔を塞ぐことなく接着力や密着力を上げている。
【０００８】
しかし、このような構成では、ヘッド部の有効インク流路の両側に空溝を設けるために有効インク流路の間隔が広がり、高密度なインク吐出が出来ないという課題がある。
【０００９】
また、ノズルプレート内面やヘッド部のノズルプレート接合面にインク流路に直交するように延びる空溝を形成する構成では、インク流路の端部開口部長手方向である空溝のある方向（垂直方向）に対しての接着剤の流れ込み効果を期待することが出来るが、インク流路の端部開口部短手方向である隣接インク流路方向（水平方向）からの接着剤の流れ込みには効果が小さい。そのため、隣接インク流路が片側にしかない両端部のインク流路においては、接着剤フィレットによって孔が塞がりやすいという問題がある。一般に、両端部のインク吐出孔はダミーインク吐出孔として使用されインク吐出に寄与しないが、インク吐出孔が接着剤で塞がれると、インク流路内部、即ちヘッド内部に空気を残すこととなり、その空気が他のインク流路に入り込みインク吐出を不安定とする、更には不吐出とする要因となる。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、ノズルプレートをヘッド部に強固に接着するとともに、ヘッド内部に空気を残さない高密度インク吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、複数のインク吐出孔を有するノズルプレートと、前記複数のインク吐出孔の各々に連通する互いに平行な複数のインク流路を有しインクに対して噴射エネルギーを与えるヘッド部とを備え、前記ヘッド部に前記ノズルプレートを接着してこれらを一体化したインク吐出装置において、
前記複数のインク吐出孔のうち、その両端部のインク吐出孔は、それ以外のインク吐出孔と比較して孔面積が大きいことを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、両端部のインク吐出孔は、それ以外のインク吐出孔と比較して孔面積が大きいために、それらのインク吐出孔では隣接するインク吐出孔が片側にしかなくても、ノズルプレートを接着する際、ノズルプレート接合時に加圧された接着剤がインク流路に流れ込やすくなる。このため、フィレットとなった場合においてもその接着剤によってインク吐出孔が塞がれるのを防ぐことができる。
【００１３】
両端部のインク吐出孔の大きさは、他のインク吐出孔にかかる所定のインク負圧に対してメニスカスが保持できる大きさに設定することが望ましい。
【００１４】
このようにすることで、両端部からインクが漏れ出すのを防ぐことができる。
【００１５】
両端部のインク吐出孔は、その形状が楕円形状であって、その長軸方向が前記インク流路の端部開口部の長手方向と同一方向であるように構成することも出来る。
【００１６】
このようにすれば、接着剤からインク吐出孔までの距離を最大限かせぐことが出来るから、インク吐出孔の塞がり防止効果を高めることが出来る。
【００１７】
また、両端部のインク流路に対向するインク吐出孔は、少なくとも２つ以上で構成しても良い。こうすることで、少なくともどれかのインク吐出孔が塞がれるのを防ぐことが出来る。この２つ以上のインク吐出孔は、該インク流路の端部開口部の長手方向中心線に沿って配設することで、接着剤からインク吐出孔までの距離を最大限かせぐことが出来る。
【００１８】
また、本発明の別の実施態様では、両端部のインク流路は、その端部開口部の面積を他の流路よりも広くされる。この構成では、ノズル接合時の加圧によって押し出される接着剤は上記の面積の広いインク流路に入り込みやすくなるため、接着剤のフィレットによってインク吐出孔が塞がることが効果的に防がれる。
【００１９】
さらに、別の実施態様では、複数のインク流路の両側にインク吐出をすることのないダミーインク流路を形成し、ノズルプレートには、該ダミーインク流路が連通するインク吐出孔が形成されていない。このように構成することによって、両端部のインク吐出孔においても、両側にインク流路が存在することになるから、接着剤のインク流路への流れ込み量が他のインク流路と同じになる。したがって、両端部のインク吐出孔を接着剤で塞ぐことがない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、多数の空溝を設けなくても、ノズルプレートを接着する際、両端部においてもノズルプレート接合時に加圧された接着剤がインク流路に流れ込やすくなる。このため、ノズルピッチが広がらず、且つ、両端部において接着剤フィレットによってインク吐出孔が塞がれるのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態であるインクジェット吐出装置の斜視図である。
【００２２】
図１においてノズルプレート１とヘッド部２は接着剤で接合し一体化される。ノズルプレート１には、複数のインク吐出孔４が一列に形成されている。また、圧電材料からなるヘッド部２には、前記複数のインク吐出孔４の各々に連通する互いに平行な複数のインク流路３が形成されている。各インク流路３の内壁には図示しない電極が形成され、この電極に電圧を印加することでインク流路壁面を変形させ、その際に生じる圧力波変動を利用してインクをインク吐出孔から噴射する。
【００２３】
前記接着剤には一般に耐インク性の高いエポキシ系接着剤を用いる。ノズルプレート１をヘッド部２に気泡なく十分に密着させ、更に強固に接合するため、３０００ｃｐｓ以下の低粘度の接着剤を用いる。なお、それ以上の粘度の接着剤を用いると、均一な厚さでヘッド部２のノズルプレート接合面に付けられることが困難である。接着剤の厚さが均一性を欠くと、部分的に厚く接着剤が付けられたところでは接合強度が高く、逆に薄い部分では接合強度が低いという結果となる。更に、厚さに不均一が生じるとノズルプレート１接合後のインク流路３開口部に形成される接着剤フィレット量も不均一となり、多くの接着剤が付けられた部分ではフィレットが大きいことでインク吐出孔を塞いでしまう危険性が非常に高い。一方、低粘度の接着剤を用いることは接着剤を略均一な厚さで形成することが出来る。具体的に接着剤を均一な方法でノズルプレート１との接合面に形成する方法としては、バーコータなどを用いて、いったんＰＥＴやポリイミドフィルムなどの均一な厚さのフィルム上に薄くかつ均一な厚さで塗布する。概ねその際の塗布厚としては３から５μｍが適当である。次に、適当な荷重を与えてヘッド部２のノズルプレート接合面に前述の接着剤が塗布されたフィルム上に押し当て、接着剤を転写する。その際の転写接着剤の厚さは塗布接着剤厚の半分の略２μｍである。
【００２４】
次に、ノズルプレート１のインク吐出孔４とヘッド部２のインク流路３端部開口部の位置合わせを行った後、加圧して接合する。
【００２５】
本実施形態では、両端部にあるインク吐出孔４´の面積を他のインク吐出孔４の面積よりも大きくしている。この理由は次の通りである。
【００２６】
加圧によりノズルプレート１が接合される際、両端部以外のインク流路３については、その付近で均一に付けられた接着剤によりノズルプレート１接合後に形成されるフィレット量も均一な大きさとなり、インク吐出孔４を塞ぐことはない。しかし、両端部のインク流路３´については例外である。すなわち、両端部以外のインク流路３については、そのインク流路３の両側に他のインク流路が存在し、且つそれらは同じ形状のインク流路であるため、接着剤がノズルプレート１とヘッド部２の接合時に加圧されたときに、余分な接着剤は両側のインク流路を含んで流し込まれていくとともに、どのインク流路３においても、その流し込まれるときの挙動が同じである。そのため、各インク流路３においてのフィレットも略同一形状となる。これに対し、両端部のインク流路３´においては、他のインク流路は片側にしか存在しないため、余分な接着剤の逃げ場が相対的に制限されることになる。このため、接着剤は端部のインク流路３´に相対的に多く流し込まれ、その結果、インク流路３´に対向する両端部のインク吐出孔４´の部分には多くの接着剤によって大きなフィレットが形成され、その一部がインク吐出孔４´にまで入り込んで孔を塞いでしまう。インク吐出孔が接着剤で塞がれると、インク流路内部、即ちヘッド内部に空気を残すこととなり、その空気が他のインク流路に入り込みインク吐出を不安定とする、更には不吐出とする要因となる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、両端部のインク吐出孔４´の面積を他のインク吐出孔４より大きくした。これにより、接着剤により孔が塞がることを防ぎ、ヘッド内部に空気が残るのを防ぐことが出来る。
【００２８】
なお、両端部のインク吐出孔４´はダミーインク吐出孔として使用され、インク吐出に寄与しない。
【００２９】
インク吐出孔４、４´は、ノズルプレート１を作成するときにエキシマレーザなどの加工装置を用いて予め作られたマスク基板により形成するが、この工程のときに、両端部のインク吐出孔４´の面積が他のインク吐出孔４よりも面積が大きなマスク基板を使用する。
【００３０】
前記両端部のインク吐出孔４´の大きさは、他のインク吐出孔にかかる所定のインク負圧に対してメニスカスが保持できる大きさとすることが望ましく、このようにすることで、両端部からインクが漏れ出すのを防ぐことができる。
【００３１】
図２は、本発明の他の実施形態を示す。
【００３２】
本実施形態では、両端部のインク吐出孔４´の形状を楕円形状に設定する。また、その長軸方向を、インク流路３´の端部開口部の長手方向と同一方向とする。インク吐出孔４´をこのような形状に作成することで、接着剤からインク吐出孔４´までの距離を最大限かせぐことが出来るから、インク吐出孔４´の塞がり防止効果を高めることが出来る。
【００３３】
図３は、本発明の他の実施形態を示す。
【００３４】
本実施形態では、両端部のインク吐出孔４´は、２つで構成されている。なお、３つ以上であっても良い。
【００３５】
インク吐出孔４´を複数で形成することで、上記と同様な理由により孔が塞がる確立を低下させることができる。その際、複数のインク吐出孔４´を、インク流路３´の端部開口部の長手方向中心線に沿って配設することで、接着剤からインク吐出孔４´までの距離を最大限かせぐことが出来るから、インク吐出孔４´の塞がり防止効果を高めることが出来る。
【００３６】
図４〜図７は、本発明のさらに他の実施形態を示す。
【００３７】
これらの実施形態では、両端部のインク流路３´の端部開口部の面積を他のインク流路３よりも広くした。この構成では、ノズル接合時の加圧によって押し出される接着剤は上記の面積の広いインク流路に入り込みやすくなるため、接着剤のフィレットによってインク吐出孔が塞がることが効果的に防がれる。
【００３８】
図４では、両端部のインク吐出孔４´は、他のインク吐出孔４と同じ大きさであるが、インク流路３´の端部開口部の中心位置に配置されている。このため、接着剤からインク吐出孔４´までの距離を最大限かせぐことが出来るから、インク吐出孔４´の塞がり防止効果を高めることが出来る。
【００３９】
図５では、両端部のインク吐出孔４´の面積を他のインク吐出孔４よりも大きくしている。この態様でも、インク吐出孔４´の塞がり防止効果を高めることが出来る。
【００４０】
図６では、両端部のインク流路３´端部開口部の形状に合わせてインク吐出孔４´も大きくし、また、その形状を楕円または長円といった形状で形成している。この態様でも、インク吐出孔４´の塞がり防止効果を高めることが出来る。
【００４１】
図７では、両端部のインク吐出孔４´を複数形成している。この態様でも、インク吐出孔４´の塞がり防止効果を高めることが出来る
なお、インク流路３は、例えばダイシング装置などを用いて圧電基板に溝を形成することにより構成し、各インク流路は平行であるが、図４〜図７のインク流路３′については、隣接する２つの溝が重なるようにすることで溝幅を他のインク流路３の溝幅の約２倍にする。更に、図４〜図７のインク流路３′については、溝深さも他の溝より深く形成する。溝幅を広げ溝深さを深くするには、特に複雑なプロセスを踏む必要がない。
【００４２】
図８は、本発明のさらに他の実施形態を示す。
【００４３】
この実施形態では、複数のインク流路３の両側にインク吐出をすることのないダミーインク流路３′′を形成し、ノズルプレート１には、該ダミーインク流路３′′が連通するインク吐出孔が形成されていない。このように構成することによって、両端部のインク吐出孔４′においても、両側にインク流路３、３′′が存在することになるから、接着剤のインク流路への流れ込み量が他のインク流路と同じになる。したがって、両端部のインク吐出孔４′を接着剤で塞ぐことがない。
【００４４】
更に望ましくは、ダミーインク流路３′′はインク流路３とヘッド部２内部で遮断されていることが望ましい。遮断することで、ノズルプレート１とヘッド部２の接合後、ダミーインク流路３′′に空気を残してもダミーインク流路３′′内部は密閉空間であり、その空気がインク流路３に流れることはない。従って、ダミーインク流路３′′内部の空気が吐出に悪影響を与えない。一方、遮断されていない場合はインクをヘッドに充填する際、ダミーインク流路３′′内部の空気を取り除くか、若しくは残ってもインク流路３に影響がでないヘッド部２の内部構造を実現することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態であるインクジェット吐出装置の斜視図。
【図２】本発明の第２の実施形態であるインクジェット吐出装置の斜視図。
【図３】本発明の第３の実施形態であるインクジェット吐出装置の斜視図。
【図４】本発明の第４の実施形態であるインクジェット吐出装置の斜視図。
【図５】本発明の第５の実施形態であるインクジェット吐出装置の斜視図。
【図６】本発明の第６の実施形態であるインクジェット吐出装置の斜視図。
【図７】本発明の第７の実施形態であるインクジェット吐出装置の斜視図。
【図８】本発明の第８の実施形態であるインクジェット吐出装置の斜視図。
【符号の説明】
【００４６】
１  ：ノズルプレート
２  ：ヘッド部
３  ：インク流路
３´：両端部インク流路
３″：両端部のダミーインク流路
４  ：インク吐出孔
４´：両端部のインク吐出孔
【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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