(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有した複数枚のプレートとを積層してなるキャビティユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記圧力室を有するプレートを金属製圧延板材にて形成し、且つその圧延方向が前記圧力室の列方向と直交する方向である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】
前記圧力室を有するプレートに対して、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを吐出させるアクチュエータを積層させた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】
前記圧力室は、前記ノズルと連通する一端と前記マニホールド室と連通する他端とを結ぶ方向をそれと直交する方向より長い長手方向とし、前記圧延方向は前記長手方向と平行であ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、インクジェットプリンタヘッドに係り、より詳しくは、列状に並ぶノズルを有する積層型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インクジェットプリンタヘッドにおいては、特許文献１及び２等に開示されているように、複数枚のプレートを積層して、インク流路を有するキャビティユニットが構成され、これらのプレートは複数個のノズルを備えたノズルプレートと、この各ノズルごとの圧力室を備えたベースプレートと、インク供給源に接続され、且つ前記各圧力室に接続するマニホールド室を有するマニホールドプレート等とから構成されている。圧電アクチュエータは、圧電セラミックス板を挟んで内部電極としてのコモン電極と個別電極とを交互に積層して構成され、前記個別電極とコモン電極との重なり部である活性部が前記圧力室となるように、キャビティユニットに圧電アクチュエータを重ねて接合されている。
【０００３】
ところで、前記ベースプレートは一般的に金属薄板にて構成されており、ステンレス等の圧延板材が一般的に使用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３６５４５号公報
【特許文献２】
特開２００２−５９５４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ベースプレートに圧力室を列状に穿設形成する場合、その圧力室の長手方向を、ベースプレートの短辺方向に沿うように形成し、圧力室の列方向をベースプレートの長辺方向に沿うように配置する。そして、このベースプレートの長辺方向に沿うようにノズルが極短い間隔で配置されている。例えば、１インチ（２５．４ｍｍ）の長さに、７２個のノズルが千鳥配列されている。その場合、前記各ノズルに対応して圧力室が配置されるから、前記列方向に並ぶ圧力室の相隣接する箇所の（隔壁）間隔が極めて短いもの（例えば、0.09mm〜  0.10mm程度）である。前記ベースプレートの圧延方向が圧力室の列方向に沿う場合、換言すると、圧力室の長手方向と交差する方向が圧延方向である場合には、次のような不具合が発生する。
【０００６】
即ち、金属薄板の表裏両面には前記圧延方向に沿って長く、且つ圧延方向と直交する方向には凹凸を有する圧延条痕ができ易い。従って、この圧延条痕が隣接する圧力室の間である隔壁の表裏両面に存在するときには、このベースプレートの片面にスペーサプレートを接着剤にて接合し、また、ベースプレートの他面には前記圧電アクチュエータを重ねて接合するときに、前記隔壁の表裏両面における前記圧延条痕の凹凸部分に対する接着剤層の厚さが区々になり、接着剤層の薄い部分もしくはほとんど接着剤が無い部分では、前記隔壁の表面または裏面に沿って隣接する圧力室間が連通する隙間が発生して、インクのリーク（漏れ出し）が起こり、指示通りのノズルの位置からインクが吐出せず、画像形成の精度が悪くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題を解決すべくなされたものであって、金属板の圧延方向と圧力室の列方向との組み合わせを工夫することにより、製造コストを抑えながら画像形成精度の良いインクジェットプリンタヘッドを簡単に提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、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、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有した複数枚のプレートとを積層してなるキャビティユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧力室を有するプレートを金属製圧延板材にて形成し、且つその圧延方向が前記圧力室の列方向と直交する方向としたものである。
【０００９】
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、前記圧力室を有するプレートに対して、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを吐出させるアクチュエータを積層させたものである。
【００１０】
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、前記圧力室は、前記ノズルと連通する一端と前記マニホールド室と連通する他端とを結ぶ方向をそれと直交する方向より長い長手方向とし、前記圧延方向は前記長手方向と平行にしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は、本発明の第１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。図１は第１の実施の形態の圧電式のインクジェットプリンタヘッドを示す分解斜視図、図２はキャビティユニットの分解斜視図、図３はキャビティユニットの分解部分的拡大斜視図、図４はベースプレートにおける圧力室の形態等を示す部分的拡大斜視図である。
【００１２】
図１において、金属板製のキャビティユニット１０に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ２０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、最下層のキャビティユニット１０の下面側に開口されたノズル３５から下向きにインクが吐出するものとする。
【００１３】
前記キャビティユニット１０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１１、ダンパープレート１２、２枚のマニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙ、３枚のスペーサプレート１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚ及びベースプレート１５の合計８枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構造としている。
【００１４】
実施形態では、合成樹脂製のノズルプレート１１を除き、各プレート１２、１３Ｘ，１３Ｙ、１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚ，１５は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する。前記ノズルプレート１１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３５が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル３５は、当該ノズルプレート１１における第１の方向（長辺方向、Ｘ方向）に沿って千鳥配列状で２列に配列されている。
【００１５】
また、前記ベースプレート１５には、図３に示すように、複数の圧力室３６がベースプレート１５の長辺（前記Ｘ方向）に沿って千鳥配列で２列に穿設されている。図３に示されているように、各圧力室３６は、その長手方向がベースプレート１５の短辺方向（Ｙ方向）に沿うようにして細幅に形成されている。
【００１６】
各圧力室３６における先端部３６ａはベースプレート１５の短辺方向（Ｙ方向）の略中央部に位置しており、この各先端部３６ａは、３枚のスペーサプレート１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚと二枚のマニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙ及びダンパープレート１２に同じく千鳥状配列にて穿設されているインク流路としての微小径の貫通孔３７を介してノズルプレート１１における前記千鳥状配列のノズル３５に連通している。
【００１７】
図３に示すように、二枚のマニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙのうち、スペーサプレート１４Ｚの下面に隣接する上側マニホールドプレート１３Ｘには、その長手方向に沿って長い２つのマニホールド室半部１３ａ，１３ａが前記ノズル３５の列の両側に沿って延びるように板厚さを貫通して形成されている。他方、ノズルプレート１１側に位置する下側マニホールドプレート１３Ｙには、前記マニホールド室半部１３ａ，１３ａと同じ平面形状の２つのマニホールド室半部１３ｂ，１３ｂが、上側マニホールドプレート１３Ｘの上側にのみ開放するように凹み形成されている。これにより、マニホールド室７が形成される。
【００１８】
この構成で、上下２枚のマニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙを積層し、その上側に下側スペーサプレート１４Ｚを積層することにより、図３に示すように、貫通孔３７の列の外側に１つずつ、合計２つのマニホールド室７、７が密閉状に形成される。
【００１９】
ベースプレート１５の下面に隣接する上側スペーサプレート１４Ｘには、各圧力室３６の他端部３６ｂに対応する位置にインク供給孔としての連通路３８が穿設されており、各圧力室３６の他端部３６ｂには各連通路３８、後述する接続流路４３及び導入孔４４を介してマニホールド室７に接続される。実施形態では、図３及び図４に示すように、前記各圧力室３６は、前記ノズル３５と連通する一端（一端部３６ａ）と前記マニホールド室７と連通する他端（他端部３６ｂ）とを結ぶ方向をそれと直交する方向より長い長手方向とする。図４に示す実施形態では、前記圧力室３６の長手方向の長さＬ１は略４mmとし、圧力室３６の幅の狭い方向の寸法Ｗ１は略０．２５mmとする。さらに、相隣接する圧力室３６、３６の間の隔壁４５の前記列方向（Ｘ方向）の寸法Ｗ２は略０．１mmとする。
【００２０】
そして、ベースプレート１５の圧延方向が、当該ベースプレート１５の前記短辺方向（Ｙ方向）と平行な方向とする。換言すれば、ベースプレート１５の圧延方向を圧力室３６の長手方向（即ち、隔壁４５の長手方向）に沿うようにする。
【００２１】
このように、ベースプレート１５の圧延方向を圧力室３６の長手方向（即ち、隔壁４５の長手方向）に沿う場合、次のような有利な点がある。
【００２２】
即ち、金属薄板の表裏両面には前記圧延方向に沿って長い圧延条痕ができ易い。この圧延条痕は、圧延方向と直交する方向には凹凸を有する。換言すると、圧延条痕の凹溝及び凸条の長手方向が圧延方向に沿うものである。従って、隣接する圧力室３６の間である隔壁４５の表裏両面において、その長手方向に沿うように前記圧延条痕が存在するときには、その凹溝及び凸条の長手方向が隣接する圧力室３６にまたがることがない。
【００２３】
従って、ベースプレート１５の下面側に上側スペーサプレート１４Ｘを接着剤にて接合し、また、ベースプレート１５の上面には圧電アクチュエータ２０を重ねて接合するときに、前記圧延条痕の長手方向が隔壁４５の長手方向に沿うようにすれば、この隔壁４５の表裏両面における前記圧延条痕の凹凸部分に対する接着剤層の厚さが区々であっても、接着剤層の薄い部分もしくはほとんど接着剤が無い部分が隣接する圧力室３６、３６間に跨がることがない。換言すると、前記隔壁４５の表面または裏面に沿って隣接する圧力室３６、３６間が連通する隙間が発生しないから、この隣接する圧力室３６の間にインクのリーク（漏れ出し）が起らない。これにより、印字指示通りの位置のノズル３５からインクが吐出して、画像形成の精度の悪化を防止できるのである。
【００２４】
前記マニホールド室７から前記各圧力室３６へインクを供給するように接続流路４３が設けられる。即ち、図４に示すように、前記各接続流路４３には、マニホールド室７からインクが入る入口孔４３ｃと圧力室３６側に開口する出口孔４３ａと、入口孔４３ｃと出口孔４３ａとの間にあって、該出口孔４３ａよりも接続流路４３中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部４３ｂとを有する。
【００２５】
実施形態では、前記上側スペーサプレート１４Ｘの下面に隣接するスペーサプレート１４Ｙには、当該プレートの平面に平行状の接続流路４３が、圧力室３６の長手方向と略平行状に形成されている。下側スペーサプレート１４Ｚには、接続通路４３の入口孔４３ｃをマニホールド室７に接続するための導入孔４４が貫通形成されている。
【００２６】
図３に示すように、マニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙのすぐ下に位置するダンパプレート１２には、ダンパ溝１２ｃ，１２ｃが凹み形成されている。このダンパ溝１２ｃ，１２ｃはマニホールドプレート１３Ｙ側に向けてのみ開放するように形成され、その位置及び形状は前記マニホールド室７、７と一致させている。
【００２７】
従って、マニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙ及びダンパプレート１２を接合したときには、マニホールドプレート１３Ｙのマニホールド室半部１３ｂを凹設してある底板部（ダンパ部４２）に前記ダンパ溝１２ｃ，１２ｃが位置する。ここで、マニホールドプレート１３Ｙは適宜弾性変形し得る金属素材であるため、ダンパ部４２はマニホールド室７側にもダンパ溝１２ｃ側にも自由に振動することができる。この構成により、後述するインク噴射時に、圧力室３６で発生した圧力変動がマニホールド室７に伝播しても、ダンパ部４２が弾性変形して振動することにより、前記圧力変動を吸収減衰させるというダンパ効果を奏するし、圧力変動が他の圧力室３６へ伝播するというクロストークも防止できる。
【００２８】
図２に示すように、マニホールド室７、７の端部に対応する位置において、ベースプレート１５及び３枚のスペーサプレート１４Ｘ，１４Ｙ、１４Ｚに、２つずつのインク供給孔３９ａ〜３９ｄが穿設され、外部等のインクタンクからインクが供給される。そのため、インク供給孔３９ｄが設けられている側が、マニホールド室７のインクの流れの上流側となる。インクはマニホールド室７、７に供給された後、図３、図４に示すように、下側スペーサプレート１４Ｚの導入孔４４から接続流路４３、連通路３８を経由して各圧力室３６に他端部３６ｂに分配供給される。そして、後述するように、圧電アクチュエータ２０の駆動により各圧力室３６内から前記貫通孔３７を通って、当該圧力室３６に対応するノズル３５に至るという構成になっている。
【００２９】
一方、前記圧電アクチュエータ２０は、図示しないが複数枚の圧電シートと、トップシートとを積層した構造で、１枚の厚さが３０μｍ程度の各圧電シートのうち最下段の圧電シートの上面（広幅面）には、前記キャビティユニット１０における各圧力室３６に対応した箇所ごとに細幅の個別電極が（長辺方向、Ｘ方向）に沿って列状に形成され、各個別電極は前記長辺方向と直交するＹ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シートの上面（広幅面）には、複数個の圧力室３６に対して共通のコモン電極が形成されており、最上段のトップシートの上面には、その長辺の端縁部に沿って、前記個別電極の各々に対して電気的に接続される表面電極２６と、前記各コモン電極に対して電気的に接続される表面電極２７とが設けられている。
【００３０】
圧電アクチュエータ２０は、特開平４−３４１８５３号公報に開示されたものと同様に、より多くの圧電シートを積層した構造とすることもできる。
【００３１】
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ２０における下面（圧力室３６と対面する広幅面）全体に、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート（図示せず）を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット１０に対して、当該圧電アクチュエータ２０が、その各個別電極を前記キャビティユニット１０における各圧力室３６の各々に対応させて接着・固定される。また、この圧電アクチュエータ２０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が重ね押圧されることにより、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２６、２７に電気的に接合される。
【００３２】
この構成において、圧電シート２１、２２の積層方向の個別電極に挟まれた部分を活性部（圧力発生部）として、その電極に電圧を印加することにより、各圧力室３６に対して圧電歪みを発生し、圧力室３６内のインクに噴射エネルギーを与え、この圧力室３６内のインクが、ノズル３５から液滴状に吐出して、所定の印字が行われる。
【００３３】
【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ヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有した複数枚のプレートとを積層してなるキャビティユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧力室を有するプレートを金属製圧延板材にて形成し、且つその圧延方向が前記圧力室の列方向と直交する方向としたものである。
【００３４】
従って、列方向に隣接する圧力室の間には、当該各圧力室と平行状に隔壁が形成される。そして、前記圧延条痕の長手方向が隔壁の長手方向に沿うように設定したから、この隔壁の表裏両面における前記圧延条痕の凹凸部分に対する接着剤層の厚さが区々であっても、接着剤層の薄い部分もしくはほとんど接着剤が無い部分が隣接する圧力室間に跨がることがない。換言すると、前記隔壁の表面または裏面に沿って隣接する圧力室間が連通する隙間が発生しないから、この隣接する圧力室の間にインクのリーク（漏れ出し）が起らないという効果を奏する。
そして、金属製圧延材の圧延方向を見定め、そのプレートに対して前記圧力室の列方向と略直交する方向が圧延方向であるように材料取りを行うだけで良いから、前記の効果を奏するための特別な製造コストが掛からないという効果も奏する。
【００３５】
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、前記圧力室を有するプレートに対して、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを吐出させるアクチュエータを積層させたものである。従って、圧力室を有するプレートとアクチュエータとの接合時に、上述のような隣接する圧力室にまたがるような隙間が発生せず、アクチュエータの駆動によのインクのリークが発生しない。従って、印字指示通りの位置のノズルからインクが吐出して、画像形成の精度の悪化を防止できる安定した性能のインクジェットプリンタヘッドを提供することができる。
【００３６】
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、前記圧力室は、前記ノズルと連通する一端と前記マニホールド室と連通する他端とを結ぶ方向をそれと直交する方向より長い長手方向とし、前記圧延方向は前記長手方向と平行にしたものである。従って、圧力室の長手方向での隣接する圧力室間のインクの漏れ（リーク）を効果的に抑えることができ、インクジェットプリンタヘッド全体としてもインクのリークが少なくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態の圧電式の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分解部分的拡大斜視図である。
【図４】  圧力室と接続通路との分解部分的拡大斜視図である。
【図５】  図１のＶ−Ｖ線における一部拡大断面図である。
【符号の説明】
７        マニホールド室
１０        キャビティユニット
１１        ノズルプレート
１２        ダンパープレート
１２ｃ      ダンパ溝
１３Ｘ，１３Ｙ    マニホールドプレート
１３ａ、１３ｂ    マニホールド室半部
１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚ    スペーサプレート
１５        ベースプレート
２０        圧電アクチュエータ
３５        ノズル
３６        圧力室
３６ａ      先端部
３６ｂ      他端部
３７        貫通孔
３８        連通路
３９ａ〜３９ｄ  インク供給孔
４０        フレキシブルフラットケーブル
４３        接続流路
【図１】
0004754775.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004754775.tif 000005
【図５】
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