(57)【要約】【課題】インクの噴射により生じたマニホールド室の１２ａ内の圧力波を吸収するためのダンパー壁の取り扱いを容易にし、また、マニホールド室１２ａの深さを一定にする。【解決手段】圧力室１６の形成されたベースプレート１４と、スペーサプレート１３と、マニホールド室１２ａが圧力室１６と少なくとも一部が重なる位置に設けられたマニホールドプレート１２と、ダンパープレート１１と、カバープレート１０と、ノズル１５が設けられたノズルプレート９とを積層するにあたり、マニホールド室１２ａの深さをマニホールドプレートの板厚さと等しくし、ダンパープレート１１にマニホールド室１２ａと反対側から凹部２０を形成して、マニホールド室１２ａ側の板厚さの一部を残して薄い天板部（ダンパー壁）１１ａを形成し、その天井部１１ａをマニホールド室１２ａと対面させて配置し、前記凹部２０をカバープレート１０にて密閉した。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を第１の方向に列状に備えたキャビティユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを噴射させるアクチェータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記キャビティユニットを、少なくともインク供給源からのインクを前記各圧力室に補充するマニホールド室が設けられた第１のプレートと、前記マニホールド室と対応する位置にダンバー壁を有する第２のプレートとを積層して構成し、
前記第１のプレートにおけるマニホールド室の深さを第１のプレートの板厚さに等しく形成する一方、
前記第２のプレートには、前記マニホールド室とは反対側から凹部を形成して前記マニホールド室側にその板厚さの一部を残して前記ダンパー壁を形成し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】
前記凹部は、その平面視輪郭形状を前記マニホールド室の平面視輪郭形状より大きく設定され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】
前記凹部を覆うカバープレートを、前記第２のプレートに積層した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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電式等のインクジェットプリンタヘッドの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術のオンディマンド型の圧電式インクジェットプリンタヘッドにおいては、特開平９−１４１８５６号公報に記載されているように、複数個のノズルとこの各ノズルごとの圧力室（インクキャビティ）及びこの圧力室に連通されると共にインクを供給するインクマニホールドを備えたキャビティプレートの背面に、ダイヤフラムとなる振動板（可撓膜）を介して、前記圧力室箇所に対応させて選択的に駆動させるための圧電素子等のエネルギー発生部を備えた圧電素子板を固着したインクジェットプリンタヘッドが開示されている。
【０００３】
そして、前記圧電素子等のエネルギー発生部を駆動して振動させると、振動板を介して圧力室が選択的に加圧され、その圧力が対応するノズル孔に伝播されて、インク滴の噴射により印刷が実行される。そのとき、前記圧力室に作用した圧力波はノズル孔へ向かう前進成分だけでなく、インクマニホールド方向に向かう後退成分がある。その後退成分のため、いわゆるクロストークが発生するので、前記後退成分を吸収緩和するためにダンパー装置を備えている。即ち、インクマニホールドと対向する位置に前記圧電素子板にダンパー室を凹み形成し、前記振動板（可撓膜）をインクマニホールドとダンパー室との間まで延長して、ダンパー室をその振動板（可撓膜）によりインクマニホールドに対して仕切っている。そして、圧電素子板の板厚さの中途側面に、ダンパー室を大気に連通する通気孔（空気逃がし孔）を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の構成は、圧力室とエネルギー発生部と間、ダンパー室とインクマニホールドとの間にわたって薄い振動板（可撓膜）を介挿することを必要とする。
【０００５】
他方、本出願人が先に提案した特願２００１−１９５９２３号に開示されているインクジェットプリンタヘッドでは、図６に示すように、キャビティユニット１００を複数枚の板材、即ち圧力室１０１ａが設けられたベースプレート１０１と、インクマニホールド（マニホールド室）１０２ａ、１０２ｂが設けられた２枚のマニホールドプレート１０２、１０２と、該２枚のマニホールドプレート１０２と前記ベースプレート１０１との間に介挿するスペーサプレート１０３と、ノズル１０４ａが設けられたノズルプレート１０４と、前記下側のマニホールドプレート１０２とノズルプレート１０４との間に介挿するカバープレート１０５とにより積層構成し、前記ベースプレート１０１の上面に圧電素子を有するアクチュエータ１０８を接合したものである。
【０００６】
そして、前記２枚のマニホールドプレート１０２のうち、上側のマニホールドプレート１０２には、その板厚さに等しく貫通させたマニホールド室１０２ａを形成する一方、下側のマニホールドプレート１０２には、上側に開放するようにエッチング等で凹み形成されたマニホールド室１０２ｂが設けられている。このマニホールド室１０２ｂの底板を介してその下方には、前記カバープレート１０５における凹み形成されたダンパー室１０６が配置されていた。
【０００７】
このように構成することにより、圧力室１０１ａとマニホールド室１０２ａを上下に重複するように配置できるので、ノズル列と直交する方向のヘッドの幅を小さくでき、且つ各プレートに圧力室１０１ａやマニホールド室１０２ａを容易に加工することができる。
【０００８】
しかしながら、前記のインクジェットプリンタヘッドでは、マニホールドプレートにマニホールド室を凹み形成させるから、そのマニホールド室の深さを一定にする工作作業に手間が掛かり、且つその深さをインクジェットプリンタヘッド毎に一定の水準に保持することが困難であった。また、前記ダンパー室１０６の位置のカバープレート１０５の板厚さが薄くなるから、休止位置においてこのインクジェットプリンタヘッドのノズル側を公知のキャップにて覆うときの押圧力で、前記カバープレート１０５が歪み、ダンパー室１０６の容積が変化してインク噴射特性が変ったり、また、ノズルの方向が変化して、印刷品質が低下する等の問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解消したインクジェットプリンタヘッドを提供することを技術的課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を第１の方向に列状に備えたキャビティユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを噴射させるアクチェータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットを、少なくともインク供給源からのインクを前記各圧力室に補充するマニホールド室が設けられた第１のプレートと、前記マニホールド室と対応する位置にダンバー壁を有する第２のプレートとを積層して構成し、前記第１のプレートにおけるマニホールド室の深さを第１のプレートの板厚さに等しく形成する一方、前記第２のプレートには、前記マニホールド室とは反対側から凹部を形成して前記マニホールド室側にその板厚さの一部を残して前記ダンパー壁を形成したものである。
【００１１】
そして、請求項２に記載の発明は、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、前記凹部は、その平面視輪郭形状を前記マニホールド室の平面視輪郭形状より大きく設定されているものである。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、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、前記凹部を覆うカバープレートを、前記第２のプレートに積層したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図１〜図４は、本発明の圧電式インクジェットプリンタヘッドを示す。これらの図において、キャビティユニット７に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ４０の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル４０が重ね接合されているものであり、キャビティユニット７の下面側に開口されたノズル１５から下向きにインクが噴射するものとする。
【００１４】
実施の形態によるキャビティユニット７は、図２及び図３に示すように構成されている。すなわち、ノズルプレート９、カバープレート１０、ダンパープレート１１、２枚のマニホールドプレート１２，１２、スペーサプレート１３及びベースプレート１４の７枚の薄板を接着にて重ねて接合して積層した構造である。実施形態では、ノズルプレート９を除く各プレート１０、１１、１２、１２、１３、１４は４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さである。この各プレートには、電解エッチング、レーザ加工、プラズマジェット加工、等により、以下の各流路または室を構成する開口または凹部が形成されている。合成樹脂製等のノズルプレート９には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のインク噴出用のノズル１５が、当該ノズルプレート９における第１の方向（長辺方向）に沿って２列の千鳥配列状に設けられている。即ち、ノズルプレート９の前記第１の方向と平行な２つの基準線９ａ、９ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて多数個のノズル１５が穿設されている。
【００１５】
また、前記各ノズル１５に対応する後述の多数の圧力室１６と、後述する圧電アクチュエータ８における圧電素子の活性部とは各プレートの平面視において上下に重なり対応する位置となるように配列され、前記各圧力室１６は前記第１の方向と交差（直交）する方向に延びるように形成されて、圧力室１６の列は前記第１の方向に沿って延びる。そして、第１のプレートとしての前記２枚のマニホールドプレート１２、１２には、インク通路としての一対のマニホールド室１２ａ、１２ａが、前記ノズル１５の列の両側に沿って延びるように穿設されている。その場合、この各マニホールド室１２ａの深さは、各マニホールドプレート１２の板厚さと等しくなるように貫通しており、各マニホールド室１２ａの平面視形状は、前記圧力室１６の列と重なり且つ圧力室１６の列方向に延びている（図３及び図４参照）。
【００１６】
第２のプレートとしてのダンパープレート１１には、その上面側に薄い厚さの天板部（ダンパー壁）１１ａを残して下側のカバープレート１０に向かって開放された凹み状の凹部（ダンパー室）２０が形成されている。この凹部（ダンパー室）２０の平面視形状は前記マニホールド室１２ａの平面視形状とほぼ同じである。
【００１７】
従って、前記マニホールド室１２ａは、上側のスペーサプレート１３の下面と上位置のマニホールドプレート１２の上面とを接着し、且つ下位置のマニホールドプレート１２の下面と、ダンパープレート１１の上面とをそれぞれ接着することにより、密閉される構造になっており、凹部（ダンパー室）２０は、下位置のカバープレート１０との接着により密閉された構造となる（図４参照）。
【００１８】
また、前記ベースプレート１４には、その長辺（前記第１の方向）に沿う中心線に対して直交する第２の方向（短辺方向）に延びる細幅の圧力室１６の多数個が穿設されている。そして、前記中心線を挟んで左右両側にて平行状の長手基準線１４ａ、１４ｂを設定すると、前記中心線より左側の圧力室１６の先端１６ａは前記右側の長手基準線１４ａ上に位置し、逆に前記長手中心線より右側の圧力室１６の先端１６ａは前記左側の長手基準線１４ｂ上に位置し、且つこの左右の圧力室１６の先端１６ａが交互に配置されているので、左右両側の圧力室１６は一つおきに互いに逆方向に延びるように交互に配置されていることになる（図３参照）。
【００１９】
この各圧力室１６の先端１６ａは、前記ノズルプレート９における前記千鳥状配列のノズル１５に、前記スペーサプレート１３、マニホールドプレート１２、１２、ダンパープレート１１及びカバープレート１０に同じく千鳥状配列にて穿設されている微小径の貫通孔１７、１７を介して連通している。一方、前記各圧力室１６の他端１６ｂは、前記スペーサプレート１３における左右両側部位に穿設された貫通孔１８を介して、前記マニホールドプレート１２におけるマニホールド室１２ａに連通している。なお、前記他端１６ｂは、図３に示すように、ベースプレート１４の下面側にのみ開口するように凹み形成されているものである。各圧力室１６の長手方向中途部にはハーフエッチング等により薄肉状のブリッジ１６ｃを設けて隣接する圧力室１６間の細い桁の強度を低下させないようにしている。また、最上層のベースプレート１４の一端部に穿設された供給孔１９ａの上面には、その上方のインクタンク（図示せず）から供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ２９が張設されている。
【００２０】
これにより、図示しないインク供給源（インクタンク）から前記前記ベースプレート１４及びスペーサプレート１３の一端部に穿設の供給孔１９ａ，１９ｂを介して前記左右両マニホールド室１２ａ，１２ａ内に流入したインクは、前記各貫通孔１８を通って前記各圧力室１６内に分配されたのち、この各圧力室１６内から前記貫通孔１７を通って、当該圧力室１６に対応するノズル１５に至るという構成になっている（図２及び図４参照）。
【００２１】
一方、前記圧電アクチュエータ８は、特開２００２−３６５６８号公報に記載されたものと同様に、１枚の厚さが略３０μｍ程度の多数枚の圧電シート２１とトップシート２２とを積層した構造で、前記各圧電シート２１のうち最下段の圧電シート２１とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート２１の上面（広幅面）には、前記キャビティユニット７における各圧力室１６の箇所ごとに細幅の個別電極が、第１の方向（長辺方向）に沿って列状に印刷形成され、各個別電極は前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って各圧電シートの長辺の端縁部近傍まで延びている。下から偶数段目の圧電２１の上面（広幅面）には、複数個の圧力室１６に対して共通のコモン電極が印刷形成されている。その場合、前記各個別電極及びコモン電極の端面が各圧電シート２１の長辺側の側縁に露出されている。
【００２２】
他方、前記最上段のトップシート２２の上面には、図１に示すように、その長辺の端縁部に沿って、前記各個別電極の各々に対する表面電極３０と、前記コモン電極に対する表面電極３１とが、それぞれ印刷形成されている。
【００２３】
そして、この圧電アクチュエータ８における圧電シート２１の上下方向の同じ位置の個別電極の露出部同士をトップシート２２における表面電極３０に電気的に接続するように接続用の側面電極を塗布する。同様にして前記圧電シート２１のコモン電極の露出部同士を、トップシート２２における表面電極３１に電気的に接続するように接続用の側面電極を塗布するのである。
【００２４】
前記のような構成のプレート型の圧電アクチュエータ８は、前記キャビティユニット７に対して当該圧電アクチュエータ８における各個別電極が前記キャビティユニット７における各圧力室１６の各々に対応するように積層固定定される（図４参照）。また、この圧電アクチュエータ８における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル４０が重ね接合されることにより、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、前記各表面電極３０、３１に電気的に接合される。
【００２５】
この構成において、前記圧電アクチュエータ８における各個別電極と、コモン電極との間の圧電シート２１は電圧を選択的に印加することにより、圧電による積層方向の歪みが発生するという圧電素子の活性部となる。この活性部の歪みにて所定の圧力室１６が選択的に加圧され、その圧力が対応するノズル１５に伝播されて、インク滴の噴射により印刷が実行される。そのとき、前記圧力室１６に作用した圧力波はノズル１５へ向かう前進成分だけでなく、マニホールド室１２ａの方向に向かう後退成分がある。その後退成分は、当該マニホールド室１２ａとダンパー室２０との間の薄い厚さの天板部１１ａ（図４参照）を大きく振動させるから、前記マニホールド室１２ａにおける圧力波の吸収を効果的に行い、いわゆるクロストーク（ｃｒｏｓｓ　ｔａｌｋ）現象が発生するのを効果的に防止することができる。なお、圧力波の吸収は、前記天板部（ダンパー壁）１１ａの弾性振動のみによって行うこともできるが、ダンパー室２０内の空気と併用することもできる。
【００２６】
また、前記下向き開放状のダンパー室２０を有するダンパープレート１１の下面側を覆うカバープレート１０は均一な厚さで適当な剛性を有するので、例えば、インクジェットプリンタヘッドの休止位置において、カバープレート１０の下面側のノズルプレート９を覆うノズルキャップ（図示せず）にてカバープレート１０をマニホールドプレート１２方向に押圧したとしても、当該カバープレート１０の剛性により、ダンパープレート１１やマニホールドプレート１２に歪みを発生させないようにすることができ、前記歪みの発生によるダンパー室２０の容積変化で噴射特性が変わったり、また、ノズルプレート９の撓み変形でノズル１５の方向が変化してしまい印字品質が悪化するという事態を防止できるのである。なお、ダンパー室２０は細い連通路（図示せず）を介して外気と連通させるが、好ましくは、連通路内にインクが侵入しないように、連通路をダンパープレート１１の端縁部に開口させるか、キャビティユニットの上面に開口させる。
【００２７】
さらに、マニホールド室１２ａ内に作用するインク噴射時の圧力がダンバー室２０の天板部１１ａに作用するとき、この薄い厚さの天板部１１ａ全体（マニホールド室１２ａの平面視形状の全体）にわたって弾性的に撓み得るダンパー効果を発揮するには、図５に示すように、ダンパー室２０の平面視での外周輪郭形状が前記マニホールド室１２ａの平面視での外周輪郭形状を外側から囲むように、幅及び長さにおいて若干の寸法（Ｗ１）程度大きく形成されていることが好ましい。上記の構成により、マニホールドプレート１２に対するマニホールド室１２ａの形成誤差、ダンパープレート１１に対するダンパー室２０の形成誤差、並びにマニホールドプレート１２とダンパープレート１１との接合位置ずれの誤差が多少あっても、前記ダンパー室２０の天板部１１ａが平面視でマニホールド室１２ａを囲んだ状態を保持でき、前記ダンパー効果を最大限発揮させることができる。
【００２８】
なお、前記実施形態では、マニホールドプレート１２を２枚重ねにして用いたが、板厚さの厚いものを１枚にて適用したり、逆に板厚さの薄いマニホールドプレート１２を３〜４毎重ねてしようししても良い。また、本発明における前記圧力室を活性化させる活性部の駆動手段（アクチュエータ）は、個別的圧電素子を、前記各圧力室毎に配置しても良いし、他の形式のアクチュエータを使用しても良い。
【００２９】
【発明の作用・効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を第１の方向に列状に備えたキャビティユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを噴射させるアクチェータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットを、少なくともインク供給源からのインクを前記各圧力室に補充するマニホールド室が設けられた第１のプレートと、前記マニホールド室と対応する位置にダンバー壁を有する第２のプレートとを積層して構成し、前記第１のプレートにおけるマニホールド室の深さを第１のプレートの板厚さに等しく形成する一方、前記第２のプレートには、前記マニホールド室とは反対側から凹部を形成して前記マニホールド室側にその板厚さの一部を残して前記ダンパー壁を形成したものである。
【００３０】
従って、アクチュエータの駆動にてマニホールド室内のインクに伝播した圧力波を、マニホールド室に隣接するダンパー壁に伝播させて吸収緩和させる。このとき、マニホールド室を覆うプレートをそのマニホールド室と反対側から凹部を形成して前記マニホールド室側に薄いダンパー壁として残すので、特別な薄い振動膜を用意する必要がなく、ダンパー壁の部分を、圧力波により変形可能なように薄くしても、そのプレート自体は厚く、取り扱いが容易である。また、マニホールド室の厚さを精度良く確保することができる。
【００３１】
そして、請求項２に記載の発明は、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、前記凹部は、その平面視輪郭形状を前記マニホールド室の平面視輪郭形状より大きく設定されているものである。
【００３２】
このように構成することにより、マニホールド室内に作用するインク噴射時の圧力がダンバー壁に作用するとき、この薄い厚さのダンパー壁全体（マニホールド室の平面視形状の全体）にわたって弾性的に撓み得るダンパー効果を発揮させることができる。また、プレートを積層接合する作業において、プレートの配置が多少ずれても、前記マニホールド室の平面視輪郭形状が前記凹部の平面視輪郭形状内に収まり、前記効果を損なうことがないという効果を奏する。
【００３３】
また、請求項３に記載の発明は、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、前記凹部を覆うカバープレートを、前記第２のプレートに積層したものであるから、ノズル側からキャップ等の外力に対するヘッド全体の剛性を高くすることができ、ノズルの噴射特性を均一に安定させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による圧電式インクジェットプリンタヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】キャビティユニットの分解斜視図である。
【図３】キャビティユニットの部分拡大斜視図である。
【図４】圧電式インクジェットプリンタヘッドの拡大側断面図である。
【図５】他の実施形態のキャビティユニットの部分拡大側断面図である。
【図６】従来例の圧電式インクジェットプリンタヘッドの拡大側断面図である。
【符号の説明】
７　　　　　キャビティユニット
８　　　　　圧電アクチュエータ
９　　　　　ノズルプレート
１０　　　　　カバープレート
１１　　　　　ダンパープレート
１１ａ　　　　天板部（ダンパー壁）
１２　　　　　マニホールドプレート
１２ａ　　　　マニホールド室
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
２０　　　　　ダンパー室（凹部）
【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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