(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のインクノズルと、各インクノズルからインク液滴を吐出させるための圧力変動を発生させるために各インクノズルに対応して配置されているインク圧力室と、各インク圧力室にインクを供給する共通インク室と、前記共通インク室を介して各インクノズル間に発生する圧力干渉を防止するために前記共通インク室に形成されている圧力干渉防止部とを有し、
この圧力干渉防止部は、少なくとも、前記共通インク室の一部を形成している弾性変形可能な弾性板部分と、この弾性板部分の振動を減衰させるために当該弾性板部分に配置された耐インク性を有する振動減衰物質とを備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、
前記振動減衰物質のヤング率は、前記弾性板部分のヤング率の１／１０以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、
前記振動減衰物質のヤング率は、前記弾性板部分のヤング率の１／１０5以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちの何れか一項の液体噴射ヘッドにおいて、
前記振動減衰物質はシリコーン接着剤であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のインクノズルを備えたインクジェットヘッドに関するものであり、更に詳しくは、各インクノズル間の圧力干渉に起因した印字むらの発生を抑制可能なインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、一般に、複数個のインクノズルと、各インクノズルからインク液滴を吐出させるための圧力変動を発生させるために各インクノズルに対応して形成されたインク圧力室と、各インク圧力室にインクを供給するための共通インク室とを備えている。各インク圧力室に圧力変動を発生させるための方法としては、ヒータを加熱してインクを沸騰させ、それによって生ずる気泡圧を利用するもの、インク圧力室に貼り付けられた圧電素子を印加することによりインク圧力室の容積を変動させるもの、静電気力を利用してインク圧力室の容積を変動させるものがある。
【０００３】
ここで、インク液滴を吐出させるためにインク圧力室に圧力変動を発生させると、その吐出圧力は共通インク室に伝達する。共通インク室に圧力変動が生ずると、この共通インク室を介してインクノズル間で相互に圧力干渉を起こし、インク液滴の吐出量が変化したり、インク液滴を吐出させたい駆動インクノズル以外の非駆動インクノズルから不要なインク液滴が漏れ出る弊害が発生する。かかる弊害を回避するために、圧力変動が減衰するのを待って、次のインク液滴の吐出動作を行うようにしていたのではインクノズルを高速駆動できないので好ましくない。
【０００４】
そこで、従来においては、共通インク室の壁に弾性変形可能な圧力干渉防止用のダイヤフラムを設けたり、あるいは、共通インク室に圧縮性流体を内包した圧力緩衝室を設ける方法が提案されている。例えば、後者の方法は、特開平８−２８１９４３号公報に開示されている。
【０００５】
これらの方法は、インク液滴の吐出時に発生する圧力で、共通インク室の一部に形成された弾性変形可能な部材分を振動させることによって、当該圧力を吸収・減衰させようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような圧力干渉防止用の弾性変形可能な部材が備わったインクジェットヘッドにおいても、インクノズル間の圧力干渉を十分に防止できないために、インクノズル間のインク吐出特性にばらつきが生じ、インクノズル間で印字むらが発生する場合がある。
【０００７】
すなわち、弾性変形可能な部材は、一般に複数の振動モードによる固有振動数を持っており、このような固有振動数は、当該部材の諸元によるばらつきや、当該部材の拘束条件のばらつきなどによって、微妙に変動する。このために、弾性変形可能な部材を備えた共通インク室における圧力変動周波数成分の中に、インクノズルの圧力変動に共振する周波数成分が発生し、かかる周波数成分による圧力変動が減衰されずに、インクノズル間の吐出特性に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００８】
このように、各インクへットヘッド毎に、固体差に起因して、その弾性変形可能な部材の振動特性も微妙に異なっているので、圧力干渉用の弾性変形可能な部材のみを用いて、確実にインクノズル間の圧力干渉を防止あるいは抑制することには限界がある。
【０００９】
本発明の課題は、この点に鑑みて、インクノズル間の圧力干渉を確実に防止あるいは抑制可能なインクジェットヘッドを提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、複数のインクノズルと、各インクノズルからインク液滴を吐出させるための圧力変動を発生させるために各インクノズルに対応して配置されているインク圧力室と、各インク圧力室にインクを供給する共通インク室と、各インクノズル間の圧力干渉を防止するために前記共通インク室に形成されている圧力干渉防止部とを有し、この圧力干渉防止部が、少なくとも、前記共通インク室の一部を形成している弾性変形可能な弾性板部分と、この弾性板部分の振動を減衰させるために当該弾性板部分に取り付けた振動減衰物質とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
本発明のインクジェットヘッドでは、インクノズル間の圧力干渉を防止あるいは抑制するために、弾性変形可能な弾性板部分と、ここに取り付けた振動減衰物質を備えている。このように振動特性の異なる複数の部材を用いているので、インクノズル間の圧力干渉を確実に防止あるいは抑制できる。
【００１２】
ここで、前記弾性板部分による圧力干渉に必要なコンプライアンスの低下を抑制するためには、前記振動減衰物質は柔軟なものが望ましく、そのヤング率は、前記弾性板部分のヤング率の１／１０以下であることが望ましい。特に、１／１０5以下とすることが望ましい。
【００１３】
また、前記振動減衰物質にインクが接触して当該振動減衰物質が前記弾性板部分から剥離したり、あるいは、インクに接触して溶出してインクノズルの目詰まりを引き起こすことの無いように、前記振動減衰物質は耐インク性を備えていることが望ましい。このような物質として、シリコーン接着剤を用いることが望ましい。
【００１４】
次に、本発明は、静電気力により各インク圧力室に圧力変動を発生させるようになっている静電駆動方式のインクジェットヘッドに適用することができる。
【００１５】
この場合、インクジェットヘッドは、積層された第１および第２の半導体基板を有し、これらの間に、少なくとも前記共通インク室が区画形成された構成とすることができる。また、この場合には、当該共通インク室を区画形成している前記第１あるいは第２の半導体基板の基板部分における一部を薄くすることにより、前記弾性板部分を形成することができる。
【００１６】
さらに、前記基板部分における一部をエッチングすることにより形成した凹部の底部分に前記弾性板部分を形成し、当該凹部を、前記振動減衰物質の充填部分として利用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したインクジェットヘッドの例を説明する。
【００１８】
（全体構成）
図１は本発明を適用したインクジェットヘッドの外観形状を示す斜視図である。また、図２はそのインクジェットヘッドの一部分の分解斜視図であり、図３はその部分断面図である。
【００１９】
これらの図に示すように、インクジェットヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであり、静電駆動方式のものである。インクジェットヘッド１は、ノズルプレート（第１の基板）２、キャビティプレート（第２の基板）３、およびガラス基板４がこの順序で相互に接合された積層構造をしている。
【００２０】
キャビティプレート３は、例えばシリコン基板であり、プレートの表面には底壁が振動板５として機能するインク圧力室６を構成することになる凹部７と、凹部７の後部に設けられたインク供給口８を構成することになる細溝９と、各々のインク圧力室６にインクを供給するための共通インク室１０を構成することになる凹部１１とがエッチングによって形成されている。このキャビティプレート３の下面は鏡面研磨によって平滑化されており、ガラス基板４に対する取付け部とされている。
【００２１】
このキャビティプレート３の上面（溝形成側の基板表面）に接合されるノズルプレート２において、インク圧力室６の上面を規定する壁部分には各インク圧力室６に連通する複数のインクノズル２１が形成されている。インクノズル２１は段状断面をしており、インク液滴の吐出方向の前側には円形の小断面ノズル部分２１ａが形成され、後側には円形の大断面ノズル部分２１ｂが形成されている。
【００２２】
このノズルプレート２およびキャビティプレート３を相互に重ね合わせることにより、これらのプレート２、３の間にインク圧力室６、インク供給口８、および共通インク室１０とが平面方向Ｈに配列された状態に区画形成される。
【００２３】
キャビティプレート３の下面に接合されるガラス基板４において、共通インク室１０の底面に対応する壁部分にはインク供給孔１９が形成されている。このインク供給孔１９は共通インク室１０まで延びている。インク供給孔１９には接続パイプを介してインクタンク等の外部インク供給源が接続されている。インク供給源からインク供給孔１９を介して共通インク室１０にインクが供給可能な状態となっている。
【００２４】
ガラス基板４において、各々の振動板５に対峙する部分には、振動室１２を構成することになる凹部１３が形成されている。この凹部１３の底面には、振動板５に対峙する個別電極１４が配置されている。個別電極１４はリード部１５を介して端子部１６に接続されている。端子部１６を除く個別電極１４およびリード部１５は絶縁膜１７に被覆されている。各端子部１６にはリード線１８がボンディングされている。
【００２５】
キャビティプレート２に形成した各インク圧力室６の底面を規定している振動板５は、共通電極として機能し、この共通電極と各個別電極１４の端子部１６との間にはドライバ２０が接続されている。ドライバ２０によって個別電極１４に印加すると、電圧が印加された個別電極１４と対峙している振動板５が静電気力によって振動し、これに伴ってインク圧力室６の圧力が変動してインクノズル２１からインク液滴２３が吐出される。
【００２６】
例えば、正の電圧パルスを印加して個別電極１４の表面を正の電位に帯電させると、対応する振動板５の下面は負の電位に帯電される。したがって、振動板５は、静電気力によって吸引されて下方へ撓む。次に、個別電極１４へ印加している電圧パルスをオフにすると、振動板５が元の位置に復帰する。この復帰動作によって、インク圧力室６の内圧が急激に上昇して、インクノズル２１からインク液滴２３が吐出される。そして、振動板５が下方に撓むことにより、インクが共通インク室１０からインク供給口８を経由して、インク圧力室６に補給される。
【００２７】
なお、インクジェットヘッド１で使用されるインクとしては、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性材と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、インクジェットヘッドにヒータを設けておけば、ホットメルトインクも使用できる。
【００２８】
ここで、共通インク室１０には、当該共通インク室１０の圧力変動を緩衝させて、インクノズル間の圧力干渉を防止するための圧力干渉防止部２２が形成されている。本例の圧力干渉防止部２２は、共通インク室１０の一部を形成している弾性変形可能な弾性板部分であるダイヤフラム２２Ａと、このダイヤフラム２２Ａの振動を減衰させるために当該ダイヤフラム２２Ａの表面に塗布した振動減衰物質２２Ｂとを含んでいる。
【００２９】
本例では、共通インク室１０を区画形成している一方のノズルプレート２の部分をその表面から所定の深さだけエッチングすることにより、矩形の凹部２２ａを合計６個形成し、当該凹部２２ａを形成することによりその底面部分にできた薄い部分を面外方向に弾性変形可能なダイヤフラム２２Ａとしている。また、各凹部２２ａには振動減衰物質２２Ｂが所定量だけ充填されている。本例の振動減衰物質２２Ｂはゲルタイプのシリコーン接着剤である。
【００３０】
ここで、図４には圧力干渉防止部２２が形成されている共通インク室１０のコンプライアンスＣｒとインク吐出量の重量変化率の相関関係を示してある。この図から分かるように、共通インク室１０のコンプラインスＣｒが１×１０-17（Ｎ／ｍ5）であれば、インク吐出量の重量変換率を約７５％程度に維持でき、インク吐出特性の要求を十分満足できる。また、コンプライアンスＣｒを３×１０-17（Ｎ／ｍ5）以上にすれば、インク吐出量の重量変化率が殆どないので好ましい。
【００３１】
本例では、共通インク室１０のコンプライアンスＣｒが１×１０-17（Ｎ／ｍ5）以上となるように、好ましくは、３×１０-17（Ｎ／ｍ5）以上となるように、当該圧力干渉防止部２２を構成しているダイヤフラム２２Ａの厚さおよび面積を調整すると共に、振動減衰物質２２Ｂの弾性特性および塗布量を調整している。
【００３２】
ここで、かかる観点からは、振動減衰物質２２Ｂとしては、そのヤング率が、ダイヤフラム２２Ａのヤング率の１／１０以下であるような柔軟なものとすることが望ましく、これによって、コンプライアンスＣｒを３×１０-17（Ｎ／ｍ5）以上とすることができる。また、振動減衰物質２２Ｂには、インクノズル２１から吐出されたインク液滴などに接する可能性があるので、耐インク性のものが望ましい。すなわち、インクに接してダイヤフラム２２Ａの表面から剥離したり、インクに接して溶出してインクノズル２１の目詰まりの原因とならないことが望ましい。
【００３３】
本例では、このような点に鑑みて、柔軟で耐インク性の高いシリコーン接着剤を振動減衰物質２２Ｂとして用いている。
【００３４】
このように、本例のインクジェットヘッド１では、共通インク室１０を区画形成しているノズルプレート２の部分に、ダイヤフラム２２Ａおよび振動減衰物質２２Ｂからなる圧力干渉防止部２２を設けてある。振動特性の異なる二つの部分を備えた圧力干渉防止部２２によって、インクノズル駆動によってインク圧力室６に発生する圧力変動に起因する共通インク室１０の圧力変動を確実に抑制することができる。よって、インクノズル間の圧力干渉が確実に防止あるいは抑制されるので、インクノズル間でのインク吐出特性のばらつきに起因する印字むらなどの印字品質の低下を防止できる。
【００３５】
（その他の実施の形態）
なお、圧力干渉防止部２２を外部から保護するためには、例えば、図５に示すように、各凹部２２ａを保護カバー２５によって覆っておくことが望ましい。この場合、凹部２２ａを完全に密閉してしまうと、気密状態になって圧力干渉防止部２２の各部分の振動に悪影響が及ぶおそれがあるので、保護カバー２５には通気孔２５ａを設けておくことが望ましい。
【００３６】
ここで、かかる観点からは、振動減衰物質２２Ｂとしては、そのヤング率が、ダイヤフラム２２Ａのヤング率の１／１０5以下であるような柔軟なものとすることが望ましく、これによって、圧力干渉防止部２２の各部分の振動に悪影響を及ぼすことがなく、良好な印字品質を確保することができる。
【００３７】
次に、上記の実施例は、インク液滴をノズルプレートの上面から吐出させるフェイスイジェクトタイプのものであるが、インク液滴をノズルプレートの端面から吐出させるエッジイジェクトタイプのインクジェットヘッドに対しても本発明を同様に適用できることは勿論である。
【００３８】
また、上記の実施例では、圧力干渉防止部２２を、ダイヤフラム２２Ａと振動減衰物質２２Ｂの２つの部分から構成したが、これに、別の振動減衰物質を加えた３つの部分あるいはそれ以上の部分から構成することも可能である。
【００３９】
さらに、上記の実施例は静電駆動式のインクジェットヘッドに関するものであるが、それ以外の駆動方式のインクジェットヘッドに対しても本発明を同様に適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドにおいては、共通インク室に、弾性変形可能な弾性板部分とこの弾性板部分に取り付けた振動減衰物質を備えた圧力干渉防止部を形成し、これによって、共通インク室の圧力変動を緩衝させることによりインクノズル間の圧力干渉を防止するようにしている。
【００４１】
本発明の圧力干渉防止部は、異なる振動特性の部分が備わっているので、その振動板部分がインクジェットヘッドの駆動周波数に共振したとしても振動減衰物質によって当該共振振動の共振振幅を減衰させることができる。よって、共通インク室の圧力変動を確実に緩衝させることができるので、インクノズル間の圧力干渉を確実に防止あるいは抑制できる。よって、かかるインクノズル間の圧力干渉に起因するインクノズル間のインク吐出特性のばらつきによる印字むらなどを防止できる。
【００４２】
また、本発明では、振動減衰物質として、そのヤング率が、弾性板部分のヤング率の１／１０以下、好ましくは１／１０5以下の柔軟なもの、例えばゲルタイプのシリコーン接着剤を用いているので、弾性板部分による圧力緩衝に必要なコンプライアンスの低下を抑制できる。
【００４３】
さらに、本発明では、振動減衰物質として、耐インク性の高いもの、例えば、ゲルタイプのシリコーン接着剤を用いているので、圧力干渉防止部にインクが触れて、振動減衰物質が剥離したり、あるいはそれが溶出してインクノズルに目詰まりを起こすといった弊害も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの外観形状を示す斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの一部を示す分解斜視図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの一部を示す部分断面図である。
【図４】共通インク室のコンプライアンスとインク吐出量の重量変化率の相関関係を示すグラフである。
【図５】圧力干渉防止部に保護カバーが取り付けられている、図１のインクジェットヘッドの変形例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１    インクジェットヘッド
２    ノズルプレート（第１の半導体基板）
３    キャビティプレート（第２の半導体基板）
４    ガラス基板
５    振動室
６    インク圧力室
１０  共通インク室
１２  個別電極
２１  インクノズル
２２  圧力干渉防止部
２２Ａ  ダイヤフラム（弾性板部分）
２２Ｂ  振動減衰物質
２２ａ  凹部
２５  保護カバー
２５ａ  通気孔
【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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