(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のノズル開口が列設された複数のノズル列と、上記各ノズル開口に連通する圧力室と、上記各圧力室の開口を塞ぐ振動板とを有する流路ユニットと、駆動信号を発生させる駆動回路と、上記駆動信号に基づいて上記各圧力室の圧力を変化させる圧電振動子と、上記流路ユニットを保持するヘッドケースとを備えたインクジェット式記録ヘッドであって、
上記複数のノズル列の間に位置するヘッドケースの壁部に補強板が取り付けられ、上記壁部が圧電振動子の変形に対して共振する共振周期と上記圧電振動子が上記駆動信号に基づいて駆動される駆動周期とが一致しなくするように上記圧電振動子の伸縮方向に延びる切欠部を上記補強板が備えることにより、上記圧電振動子が上記駆動信号に基づいて駆動される最小駆動周期より、上記共振周期は長く、かつ上記共振周期は上記最小駆動周期の２倍より短くなっていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
上記圧電振動子が長手方向に伸縮するものであり、上記圧電振動子の先端が振動板に固着されるとともに、後端側がヘッドケースに保持されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
上記切欠部が長穴である請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
上記切欠部が補強板の両端寄り部に設けられている請求項１記載のインクジェット式記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子の伸縮によりノズル開口からインク滴を吐出させて画像や文字を記録用紙に記録するインクジェット式記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
縦振動の圧電振動子を用いたインクジェット記録ヘッド（以下「記録ヘッド」という）は、一般に、図８および図９に示すように、多数のノズル開口８と圧力室７が形成された流路ユニット１と、この流路ユニット１が貼着されるとともに、圧電振動子６が収容されるヘッドケース２とを備えている。
【０００３】
上記流路ユニット１は、ノズル開口８が列設されたノズルプレート３と、上記各ノズル開口８に連通する圧力室７が列設された流路基板４と、上記各圧力室７の下部開口を塞ぐ振動板５とが積層されて構成されている。上記流路基板４には、各圧力室７とインク流路１０を介して連通し、各圧力室７に導入されるインクを貯留するインク貯留室９が形成されている。この例では、ノズル開口８および圧力室７の列は２列設けられている。
【０００４】
上記ヘッドケース２は、合成樹脂製で、上下に貫通する空間１６に圧電振動子６が収容されるようになっている。上記空間１６は、ノズル開口８が列設される方向に延び、ノズル開口８の列に対応して２つ設けられている。上記圧電振動子６は、後端側がヘッドケース２に取り付けられた固定基板１１に固着されるとともに、先端面が振動板５下面の島部５Ａに固着されている。
【０００５】
そして、駆動回路１４で発生させた駆動信号をフレキシブル回路板１３を介して圧電振動子６に入力することにより、圧電振動子６を長手方向に伸縮させる。この圧電振動子６の伸縮により、振動板５の島部５Ａを振動させて圧力室７内の圧力を変化させ、圧力室７内のインクをノズル開口８からインク滴として吐出させるようになっている。図８において、１５はインク貯留室９にインクを供給するインク供給口である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記記録ヘッドでは、圧電振動子６が伸縮する際、その変形力が振動板５を伝ってヘッドケース２や流路ユニット１にも伝わる。しかも、へッドケース２が合成樹脂で形成され、圧電振動子６を収容する空間１６の間の壁部（以下「中央リブ」という）１２の厚みが比較的薄くなっていることから、図１０および図１１に示すように、圧電振動子６の伸縮に伴って中央リブ１２や流路ユニット１が変形してしまう。特に、多数の圧電振動子６を同時に駆動した場合に、中央リブ１２の変形量が大きくなって、インク滴の吐出特性に変化をもたらすおそれがある。
【０００７】
上記中央リブ１２の変形量は、ノズル開口８の列の両端部分よりも中央付近において大きく、この部分のインク滴吐出速度が低下して列内クロストーク等の障害を生じるおそれがある。また、中央リブ１２の変形量が大きいと、片側列の圧電振動子６が駆動される影響を受けて他列の吐出特性が変化する列間クロストーク等の障害を生じるおそれがある。さらに、上記中央リブ１２は変形しやすいことから、圧電振動子６の伸縮にともなって振動するため、圧電振動子６の伸縮に対する中央リブ１２の共振周期が、圧電振動子６の駆動周期と一致すると、圧力室７に十分な圧力が加わらず、インク滴の吐出速度が遅くなったり、吐出方向が変化する等、非常に不安定な吐出状態になるおそれもある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ヘッドケース等の変形による吐出特性の変化が生じにくいインクジェット式記録へッドの提供をその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のインクジェット式記録ヘッドは、多数のノズル開口が列設された複数のノズル列と、上記各ノズル開口に連通する圧力室と、上記各圧力室の開口を塞ぐ振動板とを有する流路ユニットと、上記各圧力室の圧力を変化させる圧電振動子と、上記流路ユニットを保持するヘッドケースとを備えたインクジェット式記録ヘッドであって、上記複数のノズル列の間に位置するヘッドケースの壁部に補強板が取り付けられ、上記補強板が高比重部材を備えることにより、圧電振動子の変形に対して共振する共振周期が、上記圧電振動子を駆動する最小駆動周期より長く、かつ上記最小駆動周期の２倍より短くなっていることを要旨とする。
すなわち、本発明のインクジェット式記録ヘッドは、ノズル列の間に位置するヘッドケースの壁部に高比重部材からなる補強板が取り付けられていることにより、壁部が圧電振動子の変形に対して共振する共振周期が、圧電振動子を駆動する最小駆動周期より長く、かつ上記最小駆動周期の２倍より短くなっている。このため、変形しやすいノズル列の間に位置する壁部が、たとえ圧電振動子の変形にともなって上記壁部が変形や振動したとしても、たわみ振動の周期を遅らせることができ、共振周期が圧電振動子の駆動周期と一致しなくなるため、圧力室の圧力状態が安定し、列間クロストークや列内クロストーク等の不安定な吐出状態が生じにくく、吐出特性が安定化する。また、上記ヘッドケースの壁部の共振周期が、上記圧電振動子を駆動する最小駆動周期より長く、かつ上記最小駆動周期の２倍より短くなっていることにより、上記壁部の剛性を不要に低下させることなく、上記壁部の共振周期を圧電振動子の駆動周期と異ならせて吐出特性を安定化させる効果がより顕著である。
なお、上記高比重部材とは、おおむね比重が１０ｇ／ｃｍ3以上の材料からなる部材をいう。
本発明のインクジェット式記録ヘッドにおいて、上記圧電振動子が長手方向に伸縮するものであり、上記圧電振動子の先端が振動板に固着されるとともに、後端側がヘッドケースに保持されている場合には、特に、ノズル列の間に位置する壁部が変形しやすく、不安定な吐出状態を生じやすいことから、この部分の共振周期を圧電振動子の駆動周期と異ならせて吐出特性を安定化させる効果が顕著である。
本発明のインクジェット式記録ヘッドにおいて、上記補強板が、中央部に高比重部材を備えたものである場合には、補強板の寸法精度を確保しながら吐出状態を安定化させることができる。
本発明のインクジェット式記録ヘッドにおいて、上記壁部の後端部に、補強材が取り付けられている場合には、上記壁部の剛性が向上することにより変形し難くなり、不安定な吐出状態が生じにくくなる。
本発明のインクジェット式記録ヘッドにおいて、上記壁部に補強板が取り付けられ、上記補強板に、圧電振動子の伸縮方向に延びる切欠部が形成されている場合には、補強板のたわみ剛性が低下してたわみ振動の周期を遅らせることができることから、上記壁部の共振周期が圧電振動子の駆動周期と一致しなくなるため、吐出特性が安定化する。
本発明のインクジェット式記録ヘッドにおいて、上記切欠部が長穴である場合には、補強板の寸法精度を確保しながら吐出状態を安定化させることができる。
本発明のインクジェット式記録ヘッドにおいて、上記切欠部が補強板の両端寄り部に設けられている場合には、壁部の変形量がおおきい中央付近の質量が小さくならず、共振周期を必要以上に早めないことから、吐出特性が安定化する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００２１】
図１および図２は、本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施の形態を示す図である。この記録ヘッドは、基本的には図８および図９に示すものと同様であり、以下同様の部分は同じ符号を用いて説明する。
【００２２】
上記記録ヘッドは、圧電振動子６が収容されるヘッドケース２と、このヘッドケース２のユニット固着面に接着剤等で固着される流路ユニット１とを備えている。
【００２３】
上記流路ユニット１は、ノズル開口８が列設されたノズルプレート３と、上記各ノズル開口８に連通する圧力室７が列設された流路基板４と、上記各圧力室７の下部開口を塞ぐ振動板５とが積層されて構成されている。上記流路基板４には、各圧力室７とインク流路１０を介して連通し、各圧力室７に導入されるインクを貯留するインク貯留室９が形成されている。この例では、ノズル開口８および圧力室７の列は、それぞれ２列設けられている。
【００２４】
上記ヘッドケース２は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が射出成形されてなり、上下に貫通する空間１６に、上記各圧力室７に対応するよう圧電振動子６が収容されるようになっている。上記空間１６は、ノズル開口８が列設される方向に延び、ノズル開口８の列に対応して２つ設けられている。上記圧電振動子６は、後端側がヘッドケース２に取り付けられた固定基板１１に固着されるとともに、先端面が振動板５下面の島部５Ａに固着されている。
【００２５】
上記ヘッドケース２のふたつの空間１６の間に位置する壁部（以下「中央リブ」という）１２には、補強板２０が一体的にインサートされている。上記補強板２０は、図３に示すように、長方形のステンレス板２０の中央部に形成された開口に、高比重部材２２が嵌合されて構成されている。この例では、上記高比重部材２２として、比重１８．０ｇ／ｃｍ3のタングステン合金（商品名「ヘビイメタル」；住友電気工業社製）を用いた。
【００２６】
ここで、上記補強板２０の両端部は、ヘッドケース２をインサート成形する際に、インサート金具を保持するガイド部として機能するため、高精度が要求される。また、補強板２０の上端部は、インクの流路に近く、吐出特性に影響することから高い精度が要求される。上記タングステン合金は焼結品であり、高い精度に加工するのが困難であるため、周辺部分をステンレス板２１で構成することにより、精度を確保するようになっている。
【００２７】
そして、駆動回路１４で発生させた駆動信号をフレキシブル回路板１３を介して圧電振動子６に入力することにより、圧電振動子６を長手方向に伸縮させる。この圧電振動子６の伸縮により、振動板５の島部５Ａを振動させて圧力室７内の圧力を変化させ、圧力室７内のインクをノズル開口８からインク滴として吐出させるようになっている。図１において、１５はインク貯留室９にインクを供給するインク供給口である。
【００２８】
上記記録ヘッドでは、２列のノズル開口８の列の間に位置する中央リブ１２に補強板２０を一体的にインサートしているため、上記中央リブ１２の剛性が向上することにより変形し難くなる。したがって、圧電振動子６の伸縮に伴う中央リブ１２の変形も少なくなり、不安定な吐出が生じにくくなる。
【００２９】
また、上記補強板２０の中央部に高比重部材２２を備えているため、たとえ上記中央リブ１２が変形してたとしても、高比重部材２２の質量で中央リブ１２のたわみ振動の周期を遅らせ、中央リブ１２が圧電振動子６の伸縮に対して共振する共振周期を、圧電振動子６の駆動周期と異なる周期とすることができる。このため、圧電振動子６の伸縮にともなって中央リブ１２が変形や振動したとしても、圧力室７の圧力状態が安定し、列間クロストークや列内クロストーク等の不安定な吐出状態が生じにくく、吐出特性が安定化する。
【００３０】
図４は、本発明のインクジェット式記録ヘッドの第２の実施の形態を示す図である。この記録ヘッドでは、中央リブ１２の後端側（図示の下側）に、補強部材２３が取り付けられている。上記補強部材２３としては、上述したタングステン合金のような高比重部材を用いることもできるし、ステンレスのような安価な金属材料を用いることもできる。それ以外は、図１および図２に示すものと同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００３１】
このものでも、図１および図２に示すものと同様の作用効果を奏し、中央リブ１２の剛性が向上することにより変形し難くなり、不安定な吐出状態が生じにくくなる。
【００３２】
図５は、本発明のインクジェット式記録ヘッドの第３の実施の形態を示す図である。この記録ヘッドでは、中央リブ１２に、補強板２０が一体的にインサートされるとともに、その後端側（図示の下側）に、補強部材２３が取り付けられている。上記補強部材２３としては、上述したタングステン合金のような高比重部材を用いることもできるし、ステンレスのような安価な金属材料を用いることもできる。それ以外は、図１および図２に示すものと同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００３３】
このものでも、図１および図２に示すものと同様の作用効果を奏し、中央リブ１２の剛性が向上することにより変形し難くなり、不安定な吐出状態が生じにくくなる。
【００３４】
図６は、本発明のインクジェット式記録ヘッドに用いる補強板２０の第２例を示す。この補強板２０は、長方形のステンレス板からなり、その両端寄り部に、圧電振動子６の伸縮方向に延びる長穴２４が形成されている。
【００３５】
上記補強板２０は、中央リブ１２に一体的にインサートされて用いられる（図１および図２参照）。上記補強板２０には、圧電振動子６の伸縮方向に延びる長穴２４が形成されているため、補強板２０のたわみ剛性が低下する。したがって、上記補強板２０を用いることにより、中央リブ１２のたわみ振動の周期を遅らせることができることから、中央リブ１２の共振周期が圧電振動子６の駆動周期と一致しなくなるため、吐出特性が安定化する。
【００３６】
このとき、長穴２４を極端に大きくすると、中央リブ１２の剛性が小さくなりすぎ、共振しない場合でも中央リブ１２の変形が大きくなって吐出特性が不安定になってしまう。したがって、中央リブ１２の剛性を不要に低下させることなく、中央リブ１２の共振周期を一致しないようにするには、中央リブ１２の共振周期を圧電振動子６を駆動する最小駆動周期より長く、かつ上記最小起動周期の２倍より短くすることが望ましい。
【００３７】
また、上記長穴２４が補強板２０の両端寄り部に設けられているため、中央リブ１２の変形量がおおきい中央付近の質量が小さくならず、共振周期を必要以上に早めないことから、かえって吐出特性を不安定にすることがない。さらに、補強板２０に長穴２４を形成させていることから、インサート成形の際にインサート金具を保持するガイドとして機能する両端部の変形が防止され、成形精度を低下させることがない。
【００３８】
それ以外は、図１および図２に示すものと同様の作用効果を奏し、中央リブ１２の剛性が向上することにより変形し難くなり、不安定な吐出状態が生じにくくなる。
【００３９】
図７は、本発明のインクジェット式記録ヘッドに用いる補強板２０の第３例を示す。この補強板２０は、長方形のステンレス板からなり、その両端寄り部に、圧電振動子６の伸縮方向に延びる切欠部２５が形成されている。
【００４０】
上記補強板２０は、中央リブ１２に一体的にインサートされて用いられる（図１および図２参照）。上記補強板２０には、圧電振動子６の伸縮方向に延びる切欠部２５が形成されているため、補強板２０のたわみ剛性が低下する。したがって、上記補強板２０を用いることにより、中央リブ１２のたわみ振動の周期を遅らせることができることから、中央リブ１２の共振周期が圧電振動子６の駆動周期と一致しなくなるため、吐出特性が安定化する。
【００４１】
また、上記切欠部２５が補強板２０の両端寄り部に設けられているため、中央リブ１２の変形量がおおきい中央付近の質量が小さくならず、共振周期を必要以上に早めないことから、かえって吐出特性を不安定にすることがない。
【００４２】
それ以外は、図１および図２に示すものと同様の作用効果を奏し、中央リブ１２の剛性が向上することにより変形し難くなり、不安定な吐出状態が生じにくくなる。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、高比重部材２２としてタングステン合金を用いた例を示したが、高比重部材２２の材質としては、おおむね比重が１０ｇ／ｃｍ3以上を示す材料であれば、鉛等各種のものを用いることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のインクジェット式記録ヘッドによれば、たとえ圧電振動子の伸縮にともなって上記壁部が変形や振動したとしても、圧力室の圧力状態が安定し、列間クロストークや列内クロストーク等の不安定な吐出状態が生じにくく、吐出特性が安定化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施の形態を示す分解斜視図である。
【図２】上記インクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図３】上記インクジェット式記録ヘッドに用いる補強板の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のインクジェット式記録ヘッドを示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態のインクジェット式記録ヘッドを示す断面図である。
【図６】本発明のインクジェット式記録ヘッドに用いる補強板の第２例を示す斜視図である。
【図７】本発明のインクジェット式記録ヘッドに用いる補強板の第３例を示す斜視図である。
【図８】従来のインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図である。
【図９】従来のインクジェット式記録ヘッドを示す断面図である。
【図１０】従来のインクジェット式記録ヘッドの作用を示す断面図である。
【図１１】従来のインクジェット式記録ヘッドの作用を示す断面図である。
【符号の説明】
１  流路ユニット
２  ヘッドケース
５  振動板
６  圧電振動子
７  圧力室
８  ノズル開口
１２  中央リブ
【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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【図１０】
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【図１１】
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