(57)【要約】【課題】  インクノズル間の圧力干渉を確実に防止可能なインクジェットヘッドを提案すること。【解決手段】  インクジェットヘッド１の各分割共通インク室７ａ、７ｂを構成するための凹部１３ａ、１３ｂを封鎖しているノズルプレート２の部分には、面外方向に弾性変形可能な薄板部分２１ａ、２１ｂが、インクノズル間の圧力干渉を防止するための圧力変動緩衝部材として形成されている。各薄板部分２１ａ、２１ｂは、Ｙ方向の長さが分割共通インク室７ａ、７ｂとほぼ同一であり、Ｘ方向の幅Ｗ（２１）が分割共通インク室７ａ、７ｂの開口幅Ｗ（７）よりも短く、分割共通インク室７ａ、７ｂにおける個別インク室６から遠い側の端部分７１に片寄った位置に形成され、薄板部分２１ａ、２１ｂの幅方向の中心がインク取り入れ口１５ａの中心にほぼ一致している。圧力変動緩衝効果の高い小面積の薄板部分２１ａ、２１ｂを形成できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク液滴を吐出する複数のインクノズルと、
各インクノズルに対応して配置され、インク液滴を吐出させるための吐出圧力を発生させる個別インク室と、
各個別インク室にインクを供給する共通インク室と、
前記共通インク室の一部を形成している面外方向に弾性変位可能な薄板部分とを有し、
前記共通インク室から前記個別インク室へのインク供給方向に沿って見た場合に、前記薄板部分は、前記共通インク室よりも狭く、前記共通インク室における前記個別インク室から遠い側の端部分に片寄った位置に形成されているインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記共通インク室にインクを取り入れるインク取り入れ口を有し、
前記インク供給方向に沿って見た場合に、前記薄板部分が前記インク取り入れ口に対峙した位置に形成され、当該薄板部分の中心が前記インク取り入れ口の中心にほぼ一致しているインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項２において、
積層接合された第１および第２基板を有し、
これら第１および第２基板の間に、前記個別インク室および前記共通インク室が形成されており、
前記第１基板に前記薄板部分が形成され、前記第２基板に前記インク取り入れ口が形成されているインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３において、
前記個別インク室は、前記第１および第２基板の平面方向に沿って一定の間隔で配列され、
前記共通インク室および前記薄板部分は、前記個別インク室の配列方向に長い長方形をしており、
前記薄板部分は、短辺方向の長さが前記共通インク室より短く、長辺方向の長さが前記共通インク室とほぼ同一であるインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項４において、
前記共通インク室は、前記個別インク室の配列方向において複数に分割された分割共通インク室から構成され、
各分割共通インク室に前記薄板部分が形成されているインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
各個別インク室の一部を形成している面外方向に弾性変位可能な振動板電極と、
前記振動板電極に一定のギャップで対向配置されている固定側電極とを有し、
これらの間に発生する静電気力により前記振動板電極が振動して前記吐出圧力が発生する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、インクノズル間の圧力干渉などを防止するために、各インクノズルに連通している個別インク室にインクを供給する共通インク室に面外方向に弾性変位可能な薄板部分が形成されているインクジェットヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタのインクジェットヘッドとしては、インク液滴を吐出させるための吐出圧力を発生するために圧電素子を用いるもの、静電気力を用いるものなどが知られている。いずれの形式のインクジェットヘッドにおいても、基本的に、インクノズルに連通した個別インク室と、各個別インク室にインクを供給するための共通インク室を備えた構成とされている。各個別インク室の圧力を、圧電素子、静電気力などによって変動させることにより、対応するインクノズルからインク液滴が吐出する。
【０００３】
各個別インク室は共通インク室を介して相互に連通した状態にあるので、一つの個別インク室での圧力変動が共通インク室を介して隣接している個別インク室に伝搬してしまう。このように各個別インク室の間で圧力干渉が発生すると、適切な吐出圧力によりインク液滴を吐出できず、インク吐出質量やインク吐出速度の低下を招き、印字品位が低下するおそれがある。
【０００４】
そこで、従来においては、共通インク室を形成している部材に面外方向に弾性変位可能な薄板部分（ダイヤフラム）を形成し、この薄板部分の弾性変位により、個別インク室で発生した圧力変動を緩衝させ、他の個別インク室に伝搬させないようにしている。かかる薄板部分を備えたインクジェットヘッドが例えば、下記の特許文献１、２に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１１５１７９号公報
【特許文献２】特開２００１−２３９６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、薄板部分による圧力変動緩衝機能を高めるためには、薄板部分を共通インク室と同様に広くすればよい。しかし、薄板部分を広くすると、割れなどが発生すやすくなり、歩留まりが悪くなる。よって、共通インク室よりも小さな小面積の薄板部分を形成して、充分な圧力変動緩衝機能を発揮させることが望ましい。
【０００６】
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十分に抑制可能な小面積の薄板部分を備えたインクジェットヘッドを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のインクジェットヘッドは、インク液滴を吐出する複数のインクノズルと、各インクノズルに対応して配置され、インク液滴を吐出させるための吐出圧力を発生させる個別インク室と、各個別インク室にインクを供給する共通インク室と、前記共通インク室の一部を形成している面外方向に弾性変位可能な薄板部分とを有し、前記共通インク室から前記個別インク室へのインク供給方向に沿って見た場合に、前記薄板部分は、前記共通インク室よりも狭く、前記共通インク室における前記個別インク室から遠い側の端部分に片寄った位置に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明者等の実験によれば、薄板部分を共通インク室における個別インク室の側に片寄った位置に形成した場合、共通インク室の中央部分に形成した場合等に比べて、個別インク室から離れた側に形成すれば、同一面積の薄板部分であっても、圧力変動緩衝効果が高いことが確認された。
【０００９】
次に、インクジェットヘッドの共通インク室には、外部からインクを取り込むためのインク取り入れ口が形成されている。本発明のインクジェットヘッドでは、前記共通インク室から各個別インク室に向かうインク供給方向に沿って見た場合に、前記薄板部分を前記インク取り入れ口に対峙した位置に形成すると共に、当該薄板部分の中心を前記インク取り入れ口の中心にほぼ一致させてある。この構成を採用すれば、薄板部分による圧力変動緩衝効果が一層高まることが確認された。
【００１０】
ここで、本発明のインクジェットヘッドでは、積層接合された第１および第２基板を積層接着し、これらの間に、前記個別インク室および前記共通インク室を形成した構造を採用することができる。この場合には、前記第１基板に前記薄板部分を形成し、前記第２基板に前記インク取り入れ口を形成すればよい。
【００１１】
また、この場合には、前記個別インク室を、前記第１および第２基板の平面方向に一定の間隔で配列し、前記共通インク室および前記薄板部分を、前記個別インク室の配列方向に長い長方形とし、前記薄板部分を、短辺方向の長さが前記共通インク室より短く、長辺方向の長さが前記共通インク室とほぼ同一となるようにすればよい。
【００１２】
さらに、この場合には、前記共通インク室を、前記個別インク室の配列方向において複数に分割された分割共通インク室から構成し、分割共通インク室毎に前記薄板部分を形成した構成を採用することができる。
【００１３】
本発明は静電式のインクジェットヘッドに適用することができ、この場合には、各個別インク室の一部を形成している面外方向に弾性変位可能な振動板電極と、前記振動板電極に一定のギャップで対向配置されている固定側電極とを有し、これらの間に発生する静電気力により前記振動板電極を振動させて前記吐出圧力が発生するように構成すればよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のインクジェットヘッドでは、共通インク室よりも狭い幅の薄板部分を形成すると共に、当該薄板部分の形成位置を共通インク室における個別インク室から離れた側に片寄らせた位置としてある。この構成を採用すれば、共通インク室と同様な広さの薄板部分と同様な圧力変動緩衝効果を備えた小面積の薄板部分を得ることができ、各個別インク室の間の圧力干渉を充分に抑制でき、各インクノズルのインク吐出特性を良好に保持でき、またインクノズル間のインク吐出特性のばらつきも抑制できる。また、同一のインクノズルから連続してインク液滴を吐出する場合においても、残留圧力変動を効果的に抑制でき、連続して吐出されるインク液滴の吐出特性を良好に保持できる。よって、本発明によれば、良好な印字品質のインクジェットヘッドを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した静電型アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの一例を説明する。
【００１６】
（全体構成）
図１はインクジェットヘッドの半平面図であり、図２はII−II線で切断した部分を示す半断面図である。インクジェットヘッド１は、上面に設けたインクノズルからインク液滴を吐出させるフェイスエジェクトタイプのものであり、中心線ＣＬを中心として左右対称の構造をしているので、図においてはその右側部分のみを示してある。
【００１７】
インクジェットヘッド１は、キャビティプレート３（第２基板）を挟み、上側にノズルプレート２（第１基板）、下側にガラス基板４がそれぞれ積層接合された３層構造からなる。ノズルプレート２にはインクノズル５が形成されている。ノズルプレート２とキャビティプレート３の間には、対応するインクノズル５に連通した個別インク室６と、各個別インク室６にインクを供給するための共通インク室７と、共通インク室７を各個別インク室６に連通しているインク供給口８が形成されている。各個別インク室６の底面部分は面外方向に弾性変形可能な薄い振動板電極９として機能する。ガラス基板４の表面には、各振動板電極９に一定のギャップで対峙するＩＴＯ薄膜などからなる固定側個別電極１０が形成されている。これら振動板電極９と、固定側電極１０と、これらの間に選択的に駆動電圧を印加する電圧印加装置１１とにより、静電アクチュエータが構成されている。
【００１８】
詳細に説明すると、キャビティプレート３は、例えばシリコン基板であり、その表面には個別インク室６を構成することになる凹部１２と、共通インク室７を構成することになる凹部１３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の取付面とされている。
【００１９】
個別インク室６を構成するための凹部１２はキャビティプレート３の平面方向に沿ってＸ方向に細長い形状をしており、キャビティプレート３の平面方向に沿ってＹ方向に一定間隔で配列されている。共通インク室7を構成するための凹部１３は、各個別インク室６に対してキャビティプレート３の平面方向に沿ってＸ方向に隣接した位置に形成され、Ｙ方向に長い長方形状をしている。本例の凹部１３はＹ方向において二分された同一形状の凹部１３ａ、１３ｂから構成されている。
【００２０】
キャビティプレート３の上面（凹部１２、１３が形成されている基板表面）に積層接合されるノズルプレート２は、キャビティプレート３と同様に、例えばシリコン基板からなる。ノズルプレート２には、各個別インク室６に連通する複数のインクノズル５がＹ方向に向けて一定の間隔で形成されている。各インクノズル５は対応する個別インク室６における共通インク室７とは反対側の端部分に連通している。また、ノズルプレート２にはインク供給口８を形成することになる細溝１４が形成されている。各細溝１４は、各凹部１２における凹部１３の側の端部分に対峙している部位からＸ方向に沿って、凹部１３における凹部１２とは反対側の端部に対峙する部位まで延びている。
【００２１】
ノズルプレート２をキャビティプレート３に積層接合することにより、上記の凹部１２、１３（１３ａ、１３ｂ）、および細溝１４が塞がれて、インクノズル５に連通した個別インク室６、インク供給口８および共通インク室７が、基板２、３の平面方向に沿ってＸ方向に配列された状態で形成される。本例では、凹部１３が凹部１３ａ、１３ｂに二分割されているので、共通インク室７は、Ｙ方向に二分割された同一形状の分割共通インク室７ａ、７ｂから構成され、それぞれが、同一側に配置されている同一数の個別インク室６に連通した構成となっている。
【００２２】
キャビティプレート３の下側に積層接合されるガラス基板４には、各分割共通インク室７の底面部分に対応する部位にインク取り込み孔１５が厚さ方向に垂直に貫通している。このインク取り込み孔１５は分割共通インク室７ａ、７ｂの底面部分を貫通して延びて、分割共通インク室７ａ、７ｂの底面に開口したインク取り込み口１５ａに繋がっている。各インク取り込み孔１５には不図示のインク供給管を介してインクタンクなどの外部のインク供給源に接続されている。インク供給源から各インク取り込み孔１５を介して各分割共通インク室７ａ、７ｂにインクが取り込まれる。
【００２３】
また、ガラス基板４の表面には、各個別インク室６の振動板電極９に対峙する部位にＸ方向に細長い凹部１６が形成されている。各凹部１６の底面部分には固定側個別電極１０が形成されている。キャビティプレート３の裏面にガラス基板４を積層接合することにより、共通電極として機能する各振動板電極９と各固定側個別電極１０とが一定のギャップで対峙した静電型アクチュエータの駆動部が構成される。各固定側個別電極１０は、それぞれ、リード部１０ａを介して、キャビティプレート３の端から露出しているガラス基板４の端部露出表面４ａに形成された端子部１０ｂに接続されている。また、各固定側個別電極１０と振動板電極９の隙間は封止材１７によって気密封止されている。
【００２４】
ここで、ノズルプレート２の端から露出しているキャビティプレート３の端部露出表面３ａの隅には共通電極端子部１８が形成されており、この共通電極端子部１８と、各振動板電極９に接続されている端子部１０ｂとの間に、電圧印加装置１１によって駆動電圧が選択的に印加されるようになっている。
【００２５】
この構成のインクジェットヘッド１において、電圧印加装置１１により駆動電圧が印加されると、対向電極間に充電された電荷による静電気力が発生し、振動板電極９が固定側個別電極１０の側へ撓み、個別インク室６の容積が拡大する。次に、電圧印加装置１１からの駆動電圧を解除して対向電極間の電荷を放電すると、振動板電極９はその弾性復帰力によって復帰し、個別インク室６の容積が急激に収縮する。この時発生する内圧変動により、個別インク室６に貯留されたインクの一部が、個別インク室６に連通しているインクノズル５から記録紙に向かって吐出する。
【００２６】
ここで、各分割共通インク室７ａ、７ｂを構成するための凹部１３ａ、１３ｂを封鎖しているノズルプレート２の部分には、面外方向に弾性変形可能な薄板部分２１ａ、２１ｂが形成されている。薄板部分２１ａ、２１ｂは、インクノズル間、すなわち個別インク室６の間の圧力干渉を防止するための圧力変動緩衝部材として機能する。各薄板部分２１ａ、２１ｂは、ノズルプレート２をその表面側から所定の深さにエッチングすることにより形成されたものであり、Ｙ方向の長さが分割共通インク室７ａ、７ｂとほぼ同一であり、Ｘ方向の幅Ｗ（２１）が分割共通インク室７ａ、７ｂの開口幅Ｗ（７）よりも短く、本例ではほぼ半分の幅とされている。また、各薄板部分２１ａ、２１ｂは、全体として、分割共通インク室７ａ、７ｂにおける個別インク室６から遠い側の端部分７１に片寄った位置に形成されている。すなわち、各薄板部分２１ａ、２１ｂのＸ方向の中心が、分割共通インク室７ａ、７ｂのＸ方向の中心に対して端部分７１の側に偏位している。
【００２７】
本発明者等の実験によれば、圧力変動緩衝部材として機能する薄板部分２１ａ、２１ｂを分割共通インク室７ａ、７ｂにおける個別インク室６の側に片寄った位置に形成した場合、分割共通インク室７ａ、７ｂの中央部分に形成した場合等に比べて、個別インク室６から離れた側に形成すれば、圧力変動緩衝効果が高いことが確認された。したがって、かかる配置関係を採用することにより、個別インク室６の間の圧力干渉を確実に防止でき、各インクノズル５のインク吐出特性が、隣接するインクノズルによる圧力変動によって低下することがない。よって、印字品質を良好に保持できる。
【００２８】
また、本例では、Ｘ方向に沿って見た場合に（分割共通インク室７ａ、７ｂから各個別インク室６に向かう平面方向あるいはインク供給方向に沿って見た場合に）、薄板部分２１ａ、２１ｂと各インク取り入れ口１５ａとが対峙しており、薄板部分２１ａ、２１ｂの幅方向（Ｘ方向）の中心が各インク取り入れ口１５ａの中心にほぼ一致している。この構成を採用すれば、薄板部分２１ａ、２１ｂによる圧力変動緩衝効果がより一層高まることが確認された。
【００２９】
（その他の実施の形態）
上記のインクジェットヘッドでは、共通インク室を二分割し、それぞれに薄板部分を形成してあるが、単一の共通インク室を設け、それに対応して一つの薄板部分を形成してもよい。また、共通インク室を三分割以上として、それぞれに薄板部分を設けてもよい。
【００３０】
次に、上記のインクジェットヘッドは静電式のものであるが、圧電素子などによる別のインク吐出圧力発生機構を採用したインクジェットヘッドについても本発明を同様に適用可能である。
【００３１】
なお、薄板部分の幅を、共通インク室の幅に比べてどの程度小さくするのかは、個々のインクジェットヘッドのインク流路特性に応じて設定することができる。また、薄板部分を共通インク室に対してどの程度片寄らせるのかも、同様に、個々にインクジェットヘッドのインク流路特性に応じて設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用した静電式インクジェットヘッドの半平面図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの半断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  インクジェットヘッド、２  ノズルプレート、３  キャビティプレート、４  ガラス基板、５  インクノズル、６  個別インク室、７  共通インク室、７ａ、７ｂ  分割共通インク室、８  インク供給口、９  振動板電極、１０  固定側個別電極、１１  電圧印加装置、１２  個別インク室を構成するための凹部、１３、１３ａ、１３ｂ  共通インク室を構成するための凹部、１５  インク取り込み孔、１５ａ  インク取り込み口、２１ａ、２１ｂ  薄板部分（圧力変動緩衝部材）、７１  共通インク室の個別インク室から遠い側の端部分、Ｗ（７）  共通インク室の開口幅、Ｗ（２１）  薄板部分の幅
【図１】
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【図２】
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