(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズル孔を有する第１の基板、
前記ノズル孔に一端をそれぞれ連通した複数の圧力室を、１つの平面状にかつ列をなして形成した第２の基板、
前記第１と第２の基板との間に位置し、前記圧力室がなす列方向に、共通インク室を長く形成した第３の基板、および、
前記第２と第３の基板との間に位置し、前記圧力室の一端と前記共通インク室と接続される連通路とを有する第４の基板を積層したキャビティプレートと、
前記圧力室のそれぞれに対応し、前記インクを吐出させるための圧力を前記圧力室内に与えるアクチュエータと、を具備し、
前記キャビティプレートの上面に前記アクチュエータを固定してなるインクジェットヘッドにおいて、
前記第３の基板には、前記共通インク室と平行に還流路を形成し、前記共通インク室と還流路とを、前記複数の圧力室がなす平面と平行な１つの平面状に形成し、その共通インク室の一端と還流路の一端とを相互に接続するとともに、
共通インク室の他端と還流路の他端は、それぞれ外部のインク供給源と接続する、前記キャビティプレートの上面の開口にそれぞれ連通し、前記圧力室の他端と前記ノズル孔とを接続する連通孔を、前記共通インク室および前記還流路の外部で、前記第３、第４の基板に貫通形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記還流路を、前記各圧力室の他端よりも、前記一端に近接した位置に配置した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】
前記複数の圧力室は複数列に位置し、その列に対してそれぞれ前記共通インク室を配置し、その列間に、前記複数の共通インク室に対し共通の前記還流路を配置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ヘッド。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記キャビティプレート前記共通インク室の他端の開口と還流路の他端の開口とをそれぞれ外部のインク供給源と接続し、その両開口のいずれか一方にインク供給源のインクを供給するとともに、他方からそのインク供給源にインクを戻す強制循環手段を設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記両開口は、前記キャビティプレートの上面の一側に並んで位置し、前記インク供給源は、前記両開口に対向する位置にインク供給口および還流口を有するインクタンクであることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
前記ノズル孔を覆うように設けられたキャップと、前記ノズル孔内のインクを吸引するための吸引手段が備えられていることを特徴とする請求項４から５のいずれかにに記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置においては、インクの吐出不良を回復したり、吐出状態を定常的に良好に維持するために、従来からインクジェットヘッドのノズル面にキャップをかぶせて、ヘッド内のインクを吸引することで、ヘッド内に発生した気泡や、乾燥し始めたインクを排出することが行われている。また、インクジェットヘッド内の共通インク室の両端を、２つのチューブでインクタンクに接続し、インクをインクタンク、一方のチューブ、共通インク室、他方のチューブをとおしてインクタンクへ強制循環させることで、共通インク室やチューブ内の気泡を除去することも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の吸引方法では、共通インク室内の全部のインクおよびインクタンクの一部のインクを排出してしまうため、インクの消費量が多くなる欠点がある。また、後者の循環する方法では、インクの消費量が抑えられるものの、共通インク室の両端に２つのチューブを接続しなければならないため、構造が複雑で、かつ大型化する問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、インクの吐出不良を回復したり、吐出状態を定常的に良好に維持するためのインクの消費量を抑え、かつ簡単な構造で小型化できる構造を提案するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１記載のインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズル孔を有する第１の基板、前記ノズル孔に一端をそれぞれ連通した複数の圧力室を、１つの平面状にかつ列をなして形成した第２の基板、前記第１と第２の基板との間に位置し、前記圧力室がなす列方向に、共通インク室を長く形成した第３の基板、および、前記第２と第３の基板との間に位置し、前記圧力室の一端と前記共通インク室と接続される連通路とを有する第４の基板を積層したキャビティプレートと、前記圧力室のそれぞれに対応し、前記インクを吐出させるための圧力を前記圧力室内に与えるアクチュエータと、を具備し、前記キャビティプレートの上面に前記アクチュエータを固定してなるインクジェットヘッドにおいて、前記第３の基板には、前記共通インク室と平行に還流路を形成し、前記共通インク室と還流路とを、前記複数の圧力室がなす平面と平行な１つの平面状に形成し、その共通インク室の一端と還流路の一端とを相互に接続するとともに、共通インク室の他端と還流路の他端は、それぞれ外部のインク供給源と接続する、前記キャビティプレートの上面の開口にそれぞれ連通し、前記圧力室の他端と前記ノズル孔とを接続する連通孔を、前記共通インク室および前記還流路の外部で、前記第３、第４の基板に貫通形成した。
【０００６】
このように、インクジェットヘッド内に共通インク室と平行に還流路を形成し共通インク室の他端の開口および還流路の他端の開口の一方からインクを供給するとともに他方から排出するインク中の気泡をインクとともにインク供給源に戻し、共通インク室から各圧力室に供給するインクから気泡を少なくすることができる。
また、インクジェットヘッドが、複数枚の基板を積層したキャビティプレートから形成されているため、共通インク室および還流路を容易に形成し、複数の圧力室と組み合わせることができる。
さらに、前記第２の基板が前記複数の圧力室を１つの平面状にかつ列をなして形成し、前記第３の基板が前記共通インク室と還流路とを、前記複数の圧力室がなす平面と平行な１つの平面状に形成したことで、 共通インク室および還流路を容易に形成し、複数の圧力室と組み合わせることができる。
【０００７】
【０００８】
また、前記還流路を、前記各圧力室の他端よりも、前記一端に近接した位置に配置することで、圧力室、共通インク室および還流路を小型に配置することができる。
【０００９】
さらに、前記複数の圧力室を複数列設けた場合でも、その列に対してそれぞれ前記共通インク室を配置し、その列間に、前記複数の共通インク室に対し共通の前記還流路を配置することで、圧力室、共通インク室および還流路を小型に配置することができる。
【００１０】
上記インクジェットヘッドを用いるインクジェット記録装置は、前記共通インク室の他端の開口と還流路の他端の開口とをそれぞれ外部のインク供給源と接続し、その両開口のいずれか一方にインク供給源のインクを供給するとともに、他方からそのインク供給源にインクを戻す強制循環手段を設けることで、実現できる。なお、前記開口は、前記キャビティプレートの上面の一側に並んで位置し、前記インク供給源は、前記インクジェットヘッドの前記両開口に対向する位置にインク供給口および還流口を有するインクタンクであることで、一層容易に実現することができる。
また、インクジェット記録装置は、前記ノズル孔を覆うように設けられたキャップと、前記ノズル孔内のインクを吸引するための吸引手段が備えられていることで、圧力室、連通孔およびノズル孔中の気泡や乾燥し始めたインクを除去することができ、吐出状態を回復できる。また、共通インク室内のインクを大量に排出する必要がないため、無駄なインクを少なくできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって説明する。
【００１２】
インクジェットヘッドは、キャビティプレート組１０とアクチュエータユニット３０とからなる。キャビティプレート組１０は、インク流路となる開口をエッチングにより形成した複数の基板１１〜１９を、積層して相互に接着した構造である。最上層の基板１１は複数の圧力室２０を複数列たとえば２列にかつ１つの平面状に配置して備え、最下層の基板１９は、インク滴を吐出する複数のノズル孔２１を有する。その両基板間に位置する他の基板１２〜１８は、各圧力室２０の一端をノズル孔２１に連通するための連通孔２２をそれぞれ備える。５番目〜７番目の基板１５〜１７は、各圧力室２０の列の下に対応してその列方向に延びる共通インク室２３，２３を有する。各圧力室２０の他端は、断面積を縮小した制限流路２０ａになっており、その制限流路２０ａは、図５および図６に詳細に示すように２番目の基板１２の連通路２４、３番目の基板１３のフィルタ孔２５、４番目の基板１４の連通孔２６を介して共通インク室２３に連通している。３番目の基板１３は、電鋳によって製作し厚さ５〜２０μｍの弾性を有する薄板で、連通路２４の端部と連通孔２６とに対向する位置に直径１５μｍ以下のフィルタ孔２５を多数有している。
【００１３】
２列の圧力室２０は、ノズル孔２１側の端部を相互に対向するように位置し、また、各列の圧力室２０は、共通インク室２３の上方を横切る方向に延び、その各圧力室２０の他端に連通する連通孔２６は、共通インク室２３の長手方向の側縁に沿って開口している。２列の圧力室２０の一端とノズル孔２１とを連通させる２列の連通孔２２の間には、還流路２７を基板１５〜１８に設けている。つまり、共通インク室２３，２３と還流路２７とは、複数の圧力室２０がなす平面と平行な１つの平面状に位置する。
【００１４】
還流路２７は、２つの共通インク室２３，２３の間をそれらの長手方向と平行に延び、その一端を両共通インク室２３，２３の同側端部と相互に連通している。還流路２７の他端は、キャビティプレート組１０の上面に開口する開口２８に連通し、両共通インク室２３，２３のの他端は、キャビティプレート組１０の上面に開口する開口２９，２９に連通している。
【００１５】
アクチュエータユニット３０は、特開平３−２７４１５９号公報に記載されたものと同様に、圧電セラミックス層と電極とを交互に積層しキャビティプレート組１０の上面に固定した構成で、圧電セラミックス層を挟む電極のうち少なくとも一方を圧力室２０の平面形状とほぼ相似形でかつそれよりもやや小さい平面形状としている。圧電セラミックス層を挟む２つの電極間に電圧を印加することにより、圧力室２０に対応する部分の圧電セラミックス層を変形させ圧力室２０内のインクに圧力を与え、そのインクをノズル孔２１から吐出することができる。アクチュエータユニット３０は、上記圧電または電歪変形のほか、静電気、熱によるインクの局部的な沸騰などの力を利用してインクに吐出圧力を付与するものを用いることもできる。
【００１６】
図３に示すように、インク供給源すなわちインクタンク４０は、内部にインクを貯留し、底面に、２つの共通インク室２３，２３の各開口２９，２９と対向する２つのインク供給口４１，４１と、還流路２７の開口２８と対向する還流口４２を備える。キャビティプレート組１０の３つの開口２８，２９，２９は、キャビティプレート組１０の上面の一側に並んで位置しており、インクタンク４０はインク供給口４１，４１、還流口４２を各開口２８，２９，２９に接続して、その一側部分に容易に着脱可能に装着することができる。
【００１７】
インクタンク４０は、内部のインク貯留室をインク供給口４１，４１に連通する第１の部屋４４と、還流口４２に連通する第２部屋４５とに仕切る仕切壁４３を備え、その仕切壁４３に、第２の部屋４５から第１の部屋４４へのインクの流動を許す一方向流路手段４６を有する。また、第１の部屋４４には、該部屋内のインクをインク供給口４１，４１からキャビティプレート組１０内へ流動させるようにインクに圧力を付与する流動手段４７を接続する。流動手段４７としては、たとえば送風機、コンプレッサ等で第１の部屋４４内の圧力を高め、インクをインク供給口４１，４１から圧送するもの、あるいはインク供給口４１，４１に配置した液体ポンプ等を利用することができる。一方向流路手段４６としては、公知の一方向流動弁、または特開平１０−１５１７６１号公報に記載したものと同様に２つの弁手段を使用することができる。流動手段４７と一方向流路手段４６は、強制循環手段を構成する。
【００１８】
通常の記録状態では、流動手段４７は駆動しない。圧力室２０からインクを吐出した後、あるいは吐出する前にアクチュエータユニット３０の変形にともなって共通インク室２３から圧力室２０へインクを補給し、共通インク室２３へは、インクタンク４０からインク供給口４１を通って補給する。
【００１９】
このとき、共通インク室２３から圧力室２０への流路中に多数のフィルタ孔２５が位置するので、製造工程中に侵入したゴミ等が、共通インク室から圧力室へ流入して圧力室からノズル孔までの流路に存在する確率を低減させることができ、また、インクタンクの装着時に侵入したゴミも圧力室へ流入するのを防ぎ、圧力室２０からノズル孔２１までの流路を閉塞することを防ぐことができる。なお、フィルタは、上記フィルタのみでなく、開口２９にも設けてもよい。
【００２０】
共通インク室２３等にたまった気泡やゴミを除去するために、流動手段４７を駆動すると、インクタンク４０内のインクは、上記通常の記録状態のときよりも高速でインク供給口４１を通って共通インク室２３へ流れ、共通インク室２３から還流路２７、インクタンクの還流口４２、一方向流路手段４６を通ってインクタンクの第１の部屋４４に戻る。このインクの速い流れとともに共通インク室２３等の気泡やゴミもインクタンク４０に回収することができる。このとき、キャビティプレート組１０のノズル孔２１は、公知のキャップ５０により覆っておくことが望ましい。必要に応じキャップ５０に接続した吸引手段により圧力室２０，連通孔２３，ノズル孔２１内のインクを吸引することで、それらの中の気泡、乾燥し始めたインク等を除去することができる。これらのインクの循環動作、吸引動作により、インクの吐出状態を回復したり良好に維持することができる。吸引動作では、共通インク室２３内のインクを大量に排出する必要がないから、無駄にするインクが少ない。
【００２１】
また、インク吐出時の圧力変動によるクロストークを防止するために、共通インク室２３の一部の領域の機械的剛性を弱くしている。たとえば、図２に示すように、共通インク室２３の開口２９と反対側つまり還流路２７と接続する側の端部で、各圧力室の他端が前記共通インク室に連通する領域から離れた領域に、圧力室の他端が共通インク室に連通する領域よりも幅が広い部分２３ａを設けている。また、図４に示すように、上記幅広部分２３ａに対応する基板１２，１４の部分を開口１２ａ，１４ａとして、それに対応する基板１３の部分の下面を幅広部分２３ａに臨ませ、上面を空間とすることで、その基板１３の部分が圧力変動により弾性変形するようにしている。
【００２２】
上記のように構成することで、多数の圧力室２０から同時にインク吐出したとき、圧力室２０から共通インク室２３に圧力変動が及ぶが、このとき多量のインクの補給のために共通インク室２３内に開口２９から幅広部分２３ａ側に向けて比較的速いインクの流れが生じているので、共通インク室２３内に発生した圧力波は、そのインクの流れにともない、幅広部分２３ａ側に大部分を伝播し、共通インク室２３が幅広部分２３ａで断面積を拡大していることで圧力変動が緩衝される。またその幅広部分２３ａに対応する基板１３が弾性変形して、圧力変動を吸収し、次のインク吐出時に圧力室に圧力変動が及ぶクロストークを防止することができる。
【００２３】
上記のように幅広部分２３ａを設けることと、基板１３を弾性変形させることは、併用することがもっとも効果的であるが、一方のみでもよい。なお、幅広部分２３ａの上方は、基板１１〜１３を設けることなく基板１４のみにし、また下方は、基板１９のみにして、基板１４，１９を弾性変形させるようにしてもよい。つまり、幅広部分２３ａを構成するキャビティプレート組１０の部分（１３または１４，１９）は、幅の広い空間を内包することで、他の部分よりも機械的剛性が著しく弱くなっており、圧力変動を吸収させやすいが、基板１３のように一層薄いものであることが好ましい。
【００２４】
なお、このとき、仮に圧力室に対応する共通インク室２３の部分の剛性を弱くすると、圧力室の列の中央と両端とでキャビティプレート組１０の機械的剛性がばらつき、圧力室での発生圧力にばらつきがでて、インク吐出を均一に行うことができなくなるが、上記のように圧力室の他端が共通インク室に連通する領域から離れた領域に幅広部分２３ａを形成することで、全圧力室に対して剛性が均一になりインク吐出を均一に行うことができる。
【００２５】
また、上記のように圧力室２０と共通インク室２３との間にフィルタ孔２５を介在させているので、圧力室２０から共通インク室２３に向かう圧力波を、フィルタ孔２５の抵抗により緩衝でき、上記のクロストーク防止効果を一層高めることができる。また、幅広部分２３ａを還流路２７と反対側に幅広く形成しているので、還流路２７の大きさや配置を制限することなく、幅広部分２３ａを設け、インクジェットヘッドを小型にすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、インクジェットヘッドは、複数の基板を積層して構成されていて、インクジェットヘッド内に共通インク室と平行に還流路を形成し共通インク室の他端の開口および還流路の他端の開口の一方からインクを供給するとともに他方から排出するようにしたことで、インク中の気泡をインクとともにインク供給源に戻し、共通インク室から各圧力室に供給するインクから気泡を少なくすることができるとともに、共通インク室および還流路を容易に形成し、複数の圧力室と組み合わせることができる。したがって、インクの吐出不良を回復したり、吐出状態を定常的に良好に維持するためのインクの消費量を抑え、また簡単な構造で小型に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すインクジェットヘッドの断面図で、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドのアクチュエータユニットを取り外した状態の平面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドにインクタンクを装着した状態の断面図で、図２のＢ−Ｂ線断面位置に相当する断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図１のフィルタ孔部分の拡大断面図である。
【図６】図１のフィルタ孔部分の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１１〜１９  基板
２０  圧力室
２３  共通インク室
２７  還流路
４０  インクタンク
【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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