(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ１列に並んだ複数のノズル開口と、該ノズル開口のそれぞれに連通する第１の連通孔と、該第１の連通孔に連通する中継流路と、該中継流路に連通する第２の連通孔と、該第２の連通孔に連通し、インクを加圧する駆動素子が設けられている圧力室と、該圧力室に連通し、供給されるインク量を制限するリストリクタとが設けられ、かつ前記圧力室は前記ノズル開口列を介して相対するように２本の圧力室列として対向して配設され、前記圧力室列間には、その内部に隔壁を有する中継インク室が設けられ、前記中継インク室と連通している共通インク室よりインクが供給される構成であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記中継流路の断面積が、前記圧力室と連通する側から前記ノズル開口側に向けて漸減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ヘッド。
【請求項３】
前記ノズル開口と、前記第１の連通孔と、前記中継流路とからなるノズルプレート、並びに、前記圧力室と、第２の連通孔と、前記リストリクタと、前記中継インク室と、前記隔壁とからなるチャンバープレートを備え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ヘッド。
【請求項４】
前記ノズルプレートと前記チャンバープレートは、Ｓｉのドライエッチング加工で形成されていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ノズル開口と前記第１の連通孔が前記ノズルプレートの中央で列状に配置され、かつ前記中継流路が前記圧力室側で対向する前記第２の連通孔に対応した位置から前記ノズル開口の前記第１の連通孔までを連結し、前記ノズル開口の列を挟んで対向して千鳥状で斜めに配列され、対向する前記中継流路の前記第２の連通孔側におけるぞれぞれの中心を直線上に位置して前記中継流路の前記第１の連通孔側と前記第２の連通孔側の中心間距離をＬ、隣接する前記中継流路における前記第２の連通孔側の中心間距離をＰｃとして、
Ｌ＝Ｐｃ／４とされるとき、前記ノズル開口は前記ノズル開口間の距離をＰｃ／２とするように配置されることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドに関し、詳しくは、２列対向して配設された圧力室を備えて、駆動素子でインクを吐出させるインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインクジェットヘッドについて、縦振動の圧電振動子を用いたプッシュ型のものがある（例えば、特許文献１参照）。このヘッドでは、インクを吐出するノズル開口と、ノズル開口に連通するインク溜めである圧力室と、各圧力室にインクを供給する共通インク室と、共通インク室と各圧力室を結ぶリストリクタと、圧力室の液体を加圧する圧電振動子と、圧電振動子のエネルギーを圧力室に伝える振動板とから構成されるノズルが、一列に配列されている。近年、ヘッド構成部品の作製技術の向上により、インクジェットヘッドは、ノズル数増加とノズルの高密度化が進み、ノズル間の距離は非常に狭くなっている。その結果、次のような問題がある。
（１）隣接ノズル間の距離の縮みで、隣接間を形成する圧力室の隔壁の剛性が低下し、隣接ノズルへの振動の干渉が発生する（以下、クロストークと言う）。
（２）圧電振動子列が狭ピッチ化して加工に限界がある。
【０００３】
これらの問題を解決するため、1列のノズル列に対して圧力室の列を２列で構成する２列対向方式がとられている（例えば、特許文献２参照）。この方式では、ノズル列を中心として、圧力室、リストリクタ、共通インク室の列が、２列形成されている。一方の列の圧力室とノズルが連通すると、隣のノズルは他方の列と連通して交互に連通しあう。ノズルピッチをＰｎとおけば、圧力室ピッチＰｃは、Ｐｃ＝２×Ｐｎとなり、前述のクロストークや加工限界等の問題を解決している。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０４１９５２号公報
【０００５】
【特許文献２】特許第２８５０７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上述べた従来のインクジェットヘッドでは、ノズル密度を向上できるが、ノズル開口が中央部に一列状に並ぶ場合、ノズル開口と圧力室を結ぶ連通孔がノズル数と同じ数だけ集中的に設けられるので、中央部の剛性が低下する。これにより、一方の列の振動が他方の列に容易に伝わり、クロストークが大きい。また、圧力室、リストリクタ、共通インク室が２列並ぶため、ノズル列に直行する方向のヘッドの幅が大きくなってヘッドサイズを小さくできない。このため、ヘッドの多数個配列が容易ではない。
【０００７】
本発明では、２列対向して配設された圧力室を有するインクジェットヘッドにおいて、ヘッド中央部の剛性を高めてクロストークを低減して、ヘッドサイズを小型化できるインクジェットヘッドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のインクジェットヘッドでは、ほぼ１列に並んだ複数のノズル開口と、該ノズル開口のそれぞれに連通する第１の連通孔と、該第１の連通孔に連通する中継流路と、該中継流路に連通する第２の連通孔と、該第２の連通孔に連通し、インクを加圧する駆動素子が設けられている圧力室と、該圧力室に連通し、供給されるインク量を制限するリストリクタとが設けられ、かつ前記圧力室は前記ノズル開口列を介して相対するように２本の圧力室列として対向して配設され、前記圧力室列間には、その内部に隔壁を有する中継インク室が設けられ、前記中継インク室と連通している共通インク室よりインクが供給される構成であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のインクジェットヘッドでは、前記中継流路の断面積が前記圧力室と連通する側から前記ノズル開口側に向けて漸減されていることを特徴とする。
【００１０】
次に、本発明のインクジェットヘッドでは、前記ノズル開口と、前記第１の連通孔と、前記中継流路とからなるノズルプレートと、前記圧力室と、第２の連通孔と、前記リストリクタと、前記中継インク室と、前記隔壁とからなるチャンバープレートとを備える。
【００１１】
さらに、本発明のインクジェットヘッドでは、前記ノズルプレート前記とチャンバープレートは、Ｓｉのドライエッチング加工で形成されている。
【００１２】
本発明のインクジェットヘッドでは、前記ノズル開口と前記第１の連通孔が前記ノズルプレートの中央で列状に配置され、かつ前記中継流路が前記圧力室側で対向する前記第２の連通孔に対応した位置から前記ノズル開口の前記第１の連通孔までを連結し、前記ノズル開口の列を挟んで対向して千鳥状で斜めに配列され、対向する前記中継流路の前記第２の連通孔側におけるぞれぞれの中心を直線上に位置して前記中継流路の前記第１の連通孔側と前記第２の連通孔側の中心間距離をＬ、隣接する前記中継流路における前記第２の連通孔側の中心間距離をＰｃとして、Ｌ＝Ｐｃ／４とされるとき、前記ノズル開口は前記ノズル開口間の距離をＰｃ／２とするように配置される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のインクジェットヘッドは、２列の圧力室列から１列のノズル列を形成する際に、圧力室とノズル開口間に中継流路を設けて、圧力室列間の中央部の剛性を高める構造としたため、一方の列の圧力室の流体振動を他方の列の圧力室に容易に伝わらないことからクロストークを低減できる。
【００１６】
また、２列に対向して配設させた複数の圧力室の中央部に中継インク室を設けて、その中継インク室中央部に隔壁を配置する構造としたため、一方の列の圧力室の流体振動が対向する他方の列の圧力室に影響しないことからクロストークを低減できる。
【００１７】
その結果、安定吐出による高品質印刷が可能となる。さらに、ノズル列が１列のヘッドでは、ヘッドを斜めに配置すれば、高解像度印刷も容易である。
【００１８】
また、ノズル開口、圧力室、リストリクタ、中継インク室を一体化して、Ｓｉのドライエッチング加工で形成するため、インク流路の形成が容易になり、高精度でノズルを配列することができる。
【００１９】
また、一方のノズル開口列が、圧力室の中心に対して、ノズル開口列方向に圧力室間のピッチの１／４だけずれて配置され、他方のノズル開口列が反対方向に同様のピッチでずれて配置されるため、ノズル開口列直行方向において、圧力室ピッチの１／２のノズル開口配列を実現することができる。
【００２０】
同様に、2列の圧力室に対して１列のノズル開口列とする場合、一方の圧力室列と連通するノズルの隣接ノズルを他方の圧力室列と連通させて、圧力室の中心から圧力室列のピッチの１／４の距離だけずれて配置することで実現できる。
【００２１】
また、中継流路の断面積が、圧力室と連通する側からノズルに向けて漸減されるため、インクの流れが滑らかになって気泡の排出を容易にして、インクの初期充填性を向上できる。
【００２２】
また、圧力室、リストリクタは、ノズル列に直行する方向に対して傾斜した状態で配置されるため、圧力室の長さを一定にしたままヘッドを小型化できる。特に、ヘッドの幅を狭くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例では、駆動素子として、圧電振動子を用いた場合で説明するが、本発明では、圧力室のインクを吐出できれば、どのような駆動素子を使用しても構わない。
【実施例１】
【００２４】
本実施例のインクジェットヘッドは、大別すると、インクの流れを制御するインク流路部と、インク吐出エネルギを発生する駆動部から構成されているため、それぞれについて以下に詳しく説明する。
【００２５】
まず、インク流路部について詳述する。図1は本発明の実施形態を示すインクジェットヘッドの分解斜視図であり、図２はノズル断面図である。図において、インク流路部２８は、ノズルプレート７、チャンバープレート８、ダイアフラムプレート２、ハウジング３の積層による接着で組み立てられている。チャンバープレート８は、圧力室１１、リストリクタ１２、中継インク室１３、第２の連通孔１０を備える。ダイアフラムプレート２ は、駆動部４のエネルギを圧力室１１に伝達するとともに圧力室１１の蓋の役目もする振動板１６とフィルタ１７からなっている。ノズルプレート７は、ノズル開口９、第１の連通孔２６、中継流路１５を備えている。
【００２６】
図５は、本実施例におけるハウジングの構成を示す図である。ハウジング３は、駆動部４を挿入する貫通孔１８、中継インク室１３にインクを供給する共通インク室１９、共通インク室１９にインクを供給するインク供給路２０からなる。
【００２７】
ダイアフラムプレート２は、ステンレスに熱可塑性ポリイミドを溶着し、その後、ステンレス部分をエッチングして振動板１６とフィルタ１７領域を露出させて形成する。振動板１６は、圧力室１１の一側面となる部分で圧力室１１の面積よりも若干広く形成されている。ステンレスの厚みは、２５〜３９μｍ、ポリイミドの厚みは１５〜２５μｍである。フィルタ１７は、中継インク室１３を覆うように設けられ、フィルタ穴は、ノズル開口径より小さく、レーザー加工で形成される。ただし、インクの中に微粒子が入ったものを用いる場合などは、フィルタ１７を設けないので、フィルタ１７形成領域を切り抜くことも可能である。このような構成により、２列のインク流路に供給されるインクを一箇所のフィルタ１７によりろ過することができる。
【００２８】
また、ハウジング３は、チャンバープレート１と同じ熱膨張係数であるＦｅ−４２Ｎｉ合金の機械加工で形成されている。共通インク室１９は、ハウジング３をえぐるようにして形成され、ノズル列の両端部にあたる部分には外部からインクを送るインク供給路２０が設けられる。共通インク室１９はチャンバープレート１の中継インク室１３とほぼ同じ面積で形成される。駆動部４を入れる貫通孔１８は、共通インク室１９を挟むようにノズル列ごとに２つ設けられ、駆動部４と一定の隙間が形成される広さに加工される。ノズル列に直行する方向の幅はクロストークに大きく影響するため、できる限り狭くする必要がある。このようにノズル列ごとに貫通孔１８を設けることにより、ノズル列直行方向の開口広さを比較的狭くすることができ、クロストークの影響を減らすことができる。
【００２９】
ノズルプレート７、チャンバープレート８、ダイアフラムプレート２、ハウジング３は接着剤で接合される。各プレート間をフィルム状のエポキシ接着剤で接合する。各プレートの位置合わせは位置決めピン穴２２を用いて接合する。
【００３０】
次に、駆動部について詳述する。図１において、駆動部４は、電極パターニングされた基台５にノズル開口９と等しい数の圧電振動子２１が接合され、基台５を介してＦＰＣ６より電気信号が印加される構成である。圧電振動子２１は、インク吐出エネルギ発生源となり、本実施例では、ｄ３３圧電振動子を用いた。
【００３１】
図６は、本実施例における駆動振動子部の斜視図である。ここでは、基台５にセラミックを用いており、圧電振動子２１が貼り付けられる面は、高精度の平面度加工が施され、その側面の一面側には、個別電極パターン２３が、また、反対面には、共通電極パターン２４がスクリーン印刷でパターニングされている。圧電振動子２１は、棒状の状態で基台５に接着接合され、個別電極パターン２３にあわせて短冊状に歯割りされる。圧電振動子２１と基台５との電気的な接合は、導電性接着剤２５を塗布して導通させる。
【００３２】
本実施例では、前記した駆動部４を２クミ用いることにより、千鳥配列も容易に対応することができる。
【００３３】
インク流路部１と駆動部４をそれぞれ別々の行程で作製してから、両者を接着剤で接合する。ここでは図示しない装置で振動子が圧力室１１の中心にくるように位置決めして接合する。
【００３４】
図３は、本発明のインクジェットヘッドの部品上面図で、（ａ）はチャンバープレートの圧力室側、（ｂ）はノズルプレートの圧力室側である。（ａ）における点線部分は振動板の位置を示している。ノズルプレート７及びチャンバープレート８は、Ｓｉのドライエッチングで形成されている。
【００３５】
図３（ａ）において、中継インク室１３は、チャンバーププレート８の中央に配置され、そこから外側に向かってリストリクタ１２、圧力室１１の順に配置される。このように貫通する穴が最外部にあるため、中央部に貫通する孔を形成した場合に比べチャンバープレートの剛性を向上することができる。
【００３６】
本発明のインクジェットヘッドでは、中継インク室１３の中央部に仕切りとなる隔壁１４を設けている。これは、一方の列の流体振動が中継インク室１３を経由して他方の列に及ぶことを防ぐもので、クロストークを低減するために設けられたものである。
【００３７】
図３（ｂ）において、ノズルプレート７では、ノズル開口９と連通する第１の連通孔２６が中央に配置され、また、中継流路１５が、対向する圧力室１１の第２の連通孔１０に対応した位置からノズル開口９の第１の連通孔２６を連結するように配置されている。そして、中継流路１５の断面積は、圧力室１１側からノズル開口９側に近づくにつれて狭くなるように形成されている。これによって、インクがスムーズに流れ込み、気泡の排出を容易にして、インクの初期充填性を向上できる。なお、ノズル開口９の第１の連通孔２６は、図示上では真円であるが、楕円や変形した円であっても構わない。しかし、あまり大きくすると隣接するノズルに振動が伝わり易くなるため小さくすることが望ましい。
【００３８】
ノズル開口９は次のように配置されている。圧力室１１間のピッチをＰｃ、圧力室１１側とノズル開口９側のそれぞれの連通孔の水平方向における中心間距離をＬとしたとき、まず、対向する圧力室１１側の連通孔１０を、その中心が水平直線上に位置するように配置する。次に、一方のノズル開口９を、前述の直線を基線としてＬ＝Ｐｃ／４となるように、また、対向する圧力室１１の第２の連通孔１０に連通するノズル開口９を、同様に、前述の直線を基線として反対側にＬ＝Ｐｃ／４となるように配置する。その結果、ノズル開口９のピッチＰｎは、Ｐｎ＝２×Ｐｃ／４＝Ｐｃ／２となる。
【００３９】
図４は、他の実施例となるチャンバープレート８の上面図である。圧力室１１の配置では、図に示すように、圧力室１１の列を千鳥に配列してもよい。この場合、一方の列の流体振動が他方の列の圧力室間の隔壁に衝突するため、隔壁１４を必要としなくなる。
【００４０】
このような構成では、２列のノズル列に共通の中継インク室１３が使えるため、ノズル列に直行する方向のヘッド幅を狭くすることができる。本実施例のように構成すれば、圧力室１１が２列配置されたヘッドであっても、ノズル列と直行方向の幅を可及的に狭くすることが容易にできる。千鳥配列では隔壁１４がなくなるので更に狭くすることができる。また、インクジェットヘッド全体の大きさを変えないで、２列の圧力室１１の位置だけが比較的離れるので、列間のクロストークの影響を減らすことができる。
【００４１】
上記した本発明の構成によるインク吐出プロセスを図２で説明する。まず、図示されないインクタンクよりチューブ等によりインク供給路２０にインクを送り、インク供給路２０から共通インク室１９にインクを溜める。共通インク室１９からフィルタ１７を通り中継インク室１３にインクを送り、各リストリクタ１２を経由して圧力室１１にインクが充填される。図示しない駆動回路からの電気信号を圧電振動子２１に送り、圧電振動子２１を伸縮させて振動板１６を変形させて、圧電振動子２１の吐出エネルギを圧力室１１のインクに伝達して、チャンバープレート８の第２の連通孔１０から、中継流路１５を介して、ノズルプレート７の第１の連通孔２６を経由してノズル開口９よりインクが吐出される。
【実施例２】
【００４２】
図７は、本発明の第２の実施例におけるヘッド断面図である。ここでは、ノズルプレート７とチャンバープレート８が一体化され、ノズル開口９と、ノズルプレート７の第１の連通孔２６と、チャンバープレート８の第２の連通孔１０と、圧力室１１と、中継インク室１３と、隔壁１４が、一体で、Ｓｉのドライエッチング加工で形成されている。このように一体形成するため、中継流路１５を設けず、ノズル開口列をノズルプレート７の両端部にそれぞれ配置されているが、部材の剛性は高く、クロストーク低減、ヘッドの小型化には有効である。
【００４３】
図８は、第２の実施例におけるチャンバープレート１の上面図である。図では、図7におけるチャンバープレート１の上面図を示している。一方のノズル開口列において、ノズル開口９は圧力室１１の中心に対して、隣接ノズル開口側に圧力室ピッチＰｃに対してＰｃ／４だけズレている。対向するノズル開口列は反対側にＰｃ／４ピッチだけズレて配列される。これにより一方の列のノズル開口間に他方の列のノズル開口９が配置されるので、ヘッドを印刷方向に対してノズル開口列を垂直に配列した場合、ノズル開口ピッチＰｎ＝Ｐｃ／２となり、解像度を倍にすることができる。
【００４４】
第２の実施例の構成では、プレート数が減るので組立作業時間を減らすことができ、また、空洞部分が減少するのでプレートの剛性が向上する。
【００４５】
図９はチャンバープレート１の別な実施例を示す。ここでは、リストリクタ１２を圧力室１１の長手方向に対して、かつ中継インク室１３の長手方向に対して傾斜するように形成している。このようにリストリクタ１２を斜めにすることでヘッドの幅を可及的に狭くすることができる。この場合、リストリクタ１２は圧力室１１の対角線上にある角部と接続することでインクの流れを滞らすことを防ぐことができ、対向した圧力室に流体振動を伝達しないため、隔壁を持たなくともクロストークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの分解斜視図
【図２】本発明のインクジェットヘッドの断面図
【図３】本発明のインクジェットヘッド部品の上面図で、（ａ）はチャンバープレートの圧力室側、（ｂ）はノズルプレートの圧力室側をそれぞれ示す。
【図４】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例におけるチャンバープレート１の上面図
【図５】本発明のインクジェットヘッドにおけるハウジング３の斜視図
【図６】本発明のインクジェットヘッドにおける駆動部４の斜視図
【図７】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例におけるヘッド断面図
【図８】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例におけるチャンバープレートの上面図
【図９】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例における別なチャンバープレートの上面図
【符号の説明】
【００４７】
１  チャンバープレート
２  ダイアフラムプレート
３  ハウジング
４  駆動部
５  基台
６  F P C
７  ノズルプレート
８  チャンバープレート
９  ノズル開口
１０  第２の連通孔
１１  圧力室
１２  リストリクタ
１３  中継インク室
１４  隔壁
１５  中継流路
１６  振動板
１７  フィルタ
１８  駆動部貫通孔
１９  共通インク室
２０  インク供給路
２１  圧電振動子
２２  位置決めピン穴
２３  個別電極パターン
２４  共通電極パターン
２５  導電性接着剤
２６ 第１の連通孔
【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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【図９】
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