(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通インク室と、個別インク室と、この個別インク室に連通しているインクノズルと、前記共通インク室から前記個別インク室にインクを供給するためのインク供給口部とが設けられており、前記インク供給口部は、前記共通インク室に連通している第１の連通部と、前記個別インク室に連通している第２の連通部と、これらを第１及び第２の連通部を繋ぐ第３の連通部とを備え、前記第３の連通部は、単一流路部分と複数の分流路部分が形成されており、前記個別インク室の容積変動により前記インクノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記第２の連通部の流路部分の深さは、前記第１の連通部の流路部分の深さと同じで、前記第３の連通部の流路部分の深さは、前記第１の連通部の流路部分の深さより浅く設定され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において、
前記単一流路部分は、幅が異なる複数の流路部分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３】
請求項１または２のいずれかの項において、
対向電極の間に電圧を印加することにより発生する静電気力によって、前記個別インク室に容積変動を発生させて、前記インクノズルからインク液滴を吐出させることを特徴とする静電駆動式の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、インク液滴を記録媒体上に吐出して印刷を行う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】
インクを貯溜しているインク室の容積変動によって、当該インク室に連通しているインクノズルからインク液滴を吐出させる静電駆動式、圧電式のインクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
静電駆動式のものでは対極電極間に発生する静電気力により振動する振動系を備え、この振動系の振動によってインク室の容積変動を起こし、インク液滴をインクノズルから吐出させるようになっている。また、圧電式のものでは、圧電素子と振動板からなる振動系を備えている。
【０００４】
このような振動系を備えたインクジェットヘッドの特性は、そのイナータンス、音響容量、および音響抵抗を用いて電気的等価回路として表すことが可能であり、例えば、圧電式のインクジェットヘッドの電気的等価回路として特開昭５８−５２６９号公報、特開昭６１−１４１５６６号公報に開示されている。インク流路の長さおよび断面形状が同一の場合には、その電気的等価回路の性質から、インク流路の音響抵抗およびイナータンスは一義的に決ってしまう。
【０００５】
このようなインクジェットヘッドにおいては、応答性の改善と印字品質の改善とを両立させることが困難であるが、その解決手段として特願平１１−２７７５３３に記載されているように、共通インク室と、個別インク室と、この個別インク室に連通しているインクノズルと、前記共通インク室から前記個別インク室にインクを供給するためのインク供給口部とが設けられており、前記インク供給口部は前記共通インク室に連通している第１の連通部と、前記個別インク室に連通している第２の連通部と、これら第１および第２の連通部を繋ぐ連通路とを備え、前記連通路は、単一流路部分と、複数の分流路部分が形成された方式が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成されたインクジェットヘッドにおいて、気泡の入り込み、気泡の抜け、異物の入り込み、異物の抜け等の対策として、インク供給口部の複数の分流路部分の個々の流路断面積をさらに小さくし、インクノズルの断面積と同等程度にしようとした場合、インクジェットヘッドの応答性の改善と印字品質の改善を両立させることは困難となる。
【０００７】
例えば、本発明者らのある設計によれば、インク供給口部の流路断面積を小さくした分流路部分の数量を増やすことによって、インク流路の音響抵抗を最適化することは可能となるが、インク流路のイナータンスが小さくなってしまうため、インク吐出後の共通インク室の圧力振動が吐出インクのインクスピードに影響を及ぼし、所望の印字品質を満足するインクスピードを得ることができなくなる。
【０００８】
一方、インク供給口部の流路断面積を小さくした分流路部分の数量を増やすことによって、インク流路のイナータンスを最適化すると、インク流路の音響抵抗が大きくなってしまうため、メニスカスの復帰速度が低下してしまい、インクジェットヘッドの応答周波数が向上しなくなる。
【０００９】
このように、インクジェットヘッドの応答性を改善するためには音響抵抗を小さくすることが望ましいが、音響抵抗を小さくすると、イナータンスも小さくなってしまい、印字品質の向上を図ることができない。
【００１０】
本発明の課題は、この点に鑑みて、個別インク室と共通インク室を連通しているインク供給口部の構造を工夫することにより、応答速度が速く、しかも印字品質の良いインクジェットヘッドを実現することにある。
【００１１】
【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、本発明は、共通インク室と、個別インク室と、この個別インク室に連通しているインクノズルと、前記共通インク室から前記個別インク室にインクを供給するための、単一流路部分と、複数の分流路部分とを備えたインク供給口部を有し、前記個別インク室の容積変動により前記インクノズルからインク液滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給口部の単一流路部分は、深さが異なる複数の流路部分を備えていることを特徴としている。
【００１２】
さらに、前記インク供給口部の単一流路部分は、幅が異なる複数の流路部分を備えたものとしてもよい。
【００１３】
本発明のインクジェットヘッドでは、そのインク供給口部にある分流路部分、および単一流路の深さの浅い部分で音響抵抗が大きく、単一流路の深さの深い部分ではイナータンスが大きい。本発明者らの実験によれば、上記形状の長さ、幅、深さ寸法を、音響抵抗とイナータンスが適正になるように設定することによって、応答速度と印字品質を両立させることができることが確認できた。
【００１４】
また、単一流路部分に深さが異なる複数の流路部分を設けることによって、分流路部分の個々の流路の断面積を、ノズル断面積と同程度まで小さくすることが出来た。そのため、従来、共通インク室に入った異物が、供給口を通過してノズルに詰まり、インクの吐出不良を引き起こしていたが、その異物を供給口にトラップすることができるようになり、インク液滴がノズルから吐出しなくなる不良を無くすことが出来ることを確認できた。  また、単一流路部に幅が異なる複数の流路部分を備えることによって、イナータンスをさらに大きくすることが出来る。つまり、単一流路部の単位長さ当たりのイナータンスを大きくすることが出来るため、設計目標のイナータンス値を実現するためには、単一流路長を短くすることが可能となることを確認できた。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１６】
図１は本例のインクジェットヘッドの断面図である。本例のインクジェットヘッドは３枚のノズル基板１、キャビティ基板２、電極基板３を順に積層した３層構造をしている。
【００１７】
中間のキャビティ基板２は、例えばシリコン基板であり、その表面に一端から平行に等しい間隔で形成された複数本の、底壁が薄肉で、面外方向（図において上下方向）に弾性変位可能な振動板４として機能する個別インク室５と、１つの共通インク室６とがエッチングによって形成されている。また、キャビティ基板２の上面には共通電極７が形成されている。
【００１８】
キャビティ基板２の上側に接合されるノズル基板１は、キャビティ基板２と同様に例えばシリコン基板であり、個別インク室５の上面部分には各個別インク室に対応してノズル孔８が個別インク室５の先端部付近に形成されており、各ノズル孔８は対応する個別インク室５に連通している。また、個別インク室５と共通インク室６の中間部分の上面には、共通インク室６を各個別インク室５に連通させているインク供給口部９としての溝がエッチングによって形成されている。
【００１９】
キャビティ基板２の下側に接合される電極基板３は、例えばホウ珪酸ガラスからなり、その上面には各振動板４に対峙する位置に、浅くエッチングされた凹部１０が形成されている。この凹部１０の底面には、振動板４に対峙する個別電極１１が形成されている。
【００２０】
また、インク取入れ口１２が設けられており、キャビティ基板２を接合したときに、共通インク室６の下側にくるように配置されている。インクは外部のインクタンク（図示せず）からインク供給チューブ（図示せず）を介してインク取入れ口１２に供給され、共通インク室６、インク供給口部９、個別インク室５を満たしている。
【００２１】
上記３枚の基板を順に接合し、電極基板３に設けた凹部１０を樹脂などの封止材１３を用いて外気から気密封止してインクジェットヘッドの形状が出来上がる。
【００２２】
各個別電極１１の端部は電極端子１４となっており、この電極端子１４と共通電極７に、ドライバＩＣが搭載されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）ケーブル（図示せず）が接続される。
【００２３】
個別電極１１と振動板４の間隔は１μｍ以下の寸法に保持されており、ドライバＩＣから各電極端子１４と共通電極７との間に駆動電圧パルスを印加することによって、振動板４が静電気力によって個別電極１１の方へ弾性変形して撓み、個別電極１１の表面に当接する。
【００２４】
この時、個別インク室５の容積が増加するため、インクが共通インク室６からインク供給口部９を通って個別インク室５に流入する。次に、駆動電圧パルスをオフすることによって静電気力が解除され、振動板４はそのバネ力によって元の位置に戻る。
【００２５】
この復元動作によって個別インク室５の容積が急激に減少し、それに伴って個別インク室５内の内圧が急激に上昇し、個別インク室内の一部のインクがノズル孔８から図１の上方へ向けてインク液滴（図示せず）として吐出される。さらに振動板４がバネ力の反動で再び個別電極１１側に撓むことによって、再びインクが共通インク室６からインク供給口部９を通って個別インク室５に供給される。
【００２６】
図２は、本発明のインクジェットヘッドのインク供給口部９が形成されている部分を部分的に拡大した上面図であり、図３は図２のｓ−ｓ線で切断した部分断面図である。
【００２７】
図に示すように、キャビティ基板２に形成された個別インク室５と共通インク室６の間は台形断面形状の仕切り壁部２０によって仕切られている。この仕切り壁部２０は上面２０ａが平行四辺形形状をしており、その両側のエッジ２０ｂ、２０ｃから個別インク室５、および共通インク室６に向かって傾斜している傾斜面２０ｄ、２０ｅを備えている。
【００２８】
ノズル基板１には、台形断面形状の仕切り壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａに面した部分にインク供給口部９が形成されており、平行四辺形形状に深くエッチングされた溝部２１、２２と、浅くエッチングされた溝部２３、２４と、浅くエッチングされた溝部２３、２４の途中位置に設けられた、断面が長円形状をした柱部２５で構成されている。この長円形断面形状をした柱部２５は、図２に示すｓ−ｓ断面線と直角方向に等間隔に５個配列されており、ノズル基板１の浅くエッチングされた溝部２３、２４をエッチングする工程において、柱として残したものである。
【００２９】
インクタンク（図示せず）からインク供給チューブ（図示せず）を介してインク取入れ口（図示せず）、共通インク室６に供給されたインクは、エッジ２０ｃの側に形成された連通部２６を通ってインク供給口部９に供給される。
【００３０】
インク供給口部９に入ったインクは、深くエッチングされた溝部２１と、台形断面形状の仕切り壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第１の単一流路部、浅くエッチングされた溝部２３と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第２の単一流路部を通り、図２において矢印で示すように、柱部２５の部分で６つの流路に分割された分流路部を通って分流路となる。
【００３１】
その後、再び浅くエッチングされた溝部２４と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第３の単一流路部に入って単一流路となり、深くエッチングされた溝部２２と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第４の単一流路部を通り、エッジ２０ｂの側に形成された連通部２７を通って個別インク室５に供給される。
【００３２】
このインク供給口部９では、柱部２５によりインク通路断面積が小さくなっている部分は音響抵抗の増加に寄与する部分であり、それ以外の部分、特に深くエッチングされた溝部２１、２２付近の単一流路部はインク通路断面積が大きいので、イナータンスの増加に寄与する部分である。
【００３３】
本構成のインク供給口部９を備えたインクジェットヘッドにおいて実験を行ったところ、柱部２５の大きさ、間隔、個数、および深くエッチングされた溝部２１、２２、浅くエッチングされた溝部２３，２４の長さ、深さなどを適切に設定することにより、インクジェットヘッドの応答速度を速め、しかも、良好な印字品質を確保するために必要なインク吐出スピードを確保できることが確認できた。
【００３４】
本発明者等の実験によれば、例えば、インク供給口部９における摂氏２５度での音響抵抗を１３×１０12（Ｎｓ／ｍ5）以下とし、そのイナータンスを１．２×１０8（ｋｇ／ｍ4）以上とした場合に、応答速度が速く、しかも良好な印字品質が得られるインクジェットヘッドを実現可能なことが確認できた。
【００３５】
このように、本発明のインクジェットヘッドでは、そのインク供給口部にある分流路部分、および単一流路の深さの浅い部分で音響抵抗が大きく、単一流路の深さの深い部分ではイナータンスが大きくなることから、その形状の長さ、幅、深さ寸法を変化させることにより、音響抵抗とイナータンスの設定範囲を広げ最適な値にすることができる。
【００３６】
また、単一流路部分に分流路部分より深さが深い流路部分を設けてイナータンスを大きくすることによって、分流路部分の個々の流路の断面積を、ノズル断面積と同程度まで小さくすることが出来た。そのため、従来、共通インク室に入った異物が、供給口を通過してノズルに詰まり、インクの吐出不良を引き起こしていたが、その異物を供給口にトラップすることができるようになり、インク液滴がノズルから吐出しなくなる不良を無くすことが出来ることができた。
【００３７】
図４、図５に、インク供給口部の第２の実施例を示す。図４はインク供給口部９を部分的に拡大した上面図であり、図５は図４のｔ−ｔ線で切断した部分断面図である。
【００３８】
この第２の実施例では、共通インク室６、個別インク室５、インク供給口部９の深さ方向形状は、上述の第１のインク供給口部の実施例と同一であるが、単一流路部の幅方向の形状を工夫し、幅の異なる複数の単一流路部を形成したものである。
【００３９】
すなわち、ノズル基板１に形成されたインク供給口部９は、深さが深く、幅が狭くエッチングされた溝部３１と、台形断面形状の仕切り壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第１の単一流路部５１、深さが深く、幅が狭い部分から広い部分に傾斜を持たせてエッチングされた溝部３２と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第２の単一流路部５２、深さが深く、幅が広くエッチングされた溝部３３と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第３の単一流路部５３、深さが浅く、幅が広くエッチングされた溝部３４と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第４の単一流路部５４、深さが浅く、幅が広く５つの柱部２５を残してエッチングされた部分と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成され、６本の流路に分割される第１の分流路部４１、深さが浅く、幅が広くエッチングされた溝部３５と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第５の単一流路部５５、深さが深く、幅が広くエッチングされた溝部３６と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第６の単一流路部５６、深さが深く、幅が広い部分から狭い部分に傾斜を持たせてエッチングされた溝部３７と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第７の単一流路部５７、深さが深く、幅が狭くエッチングされた溝部３８と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第８の単一流路部５８で構成されている。
【００４０】
このインク供給口部９では、上述のインク供給口部第一の実施例と同様に、柱部２５によりインク通路断面積が小さくなっている部分は音響抵抗の増加に寄与する部分であり、それ以外の単一流路部は、イナータンスの増加に寄与する部分である。
【００４１】
柱部２５の大きさ、間隔、個数、および深くエッチングされた溝部３１、３２３３、３６，３７，３８、浅くエッチングされた溝部３４，３５の長さ、深さ、幅などを適切に設定することにより、音響抵抗とイナータンスの設定範囲を広げ最適な値にすることができる。このように本構成によって、インクジェットヘッドの応答速度を速め、良好な印字品質を確保するために必要なインク吐出スピードを確保できることが実験によって確認できた。
【００４２】
上述の各例は、インク液滴を基板上面に設けたノズル孔から吐出させるフェイスイジェクトタイプを示したが、基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジイジェクトタイプでも適用可能である。
【００４３】
また、上述の各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、圧電式のインクジェットヘッドにも適用可能である。
【００４４】
【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では、共通インク室と個別インク室を連通しているインク供給口部に、深さ、幅が異なる単一流路部分と、断面積が小さい複数本の分流路部分とを形成している。このように音響抵抗およびイナータンスが異なる部分をインク供給口部に形成し、音響抵抗とイナータンスのバランスを取ることにより、応答速度が速く、しかも、良好な印字品質が得られるインクジェットヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの断面図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給口部を説明するための部分上面図である。
【図３】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給口部を説明するための部分断面図である。
【図４】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給口部の第２の実施例を説明するための部分上面図である。
【図５】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給口部の第２の実施例を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
１・・ノズル基板
２・・キャビティ基板
３・・電極基板
４・・振動板
５・・個別インク室
６・・共通インク室
７・・共通電極
８・・ノズル孔
９・・インク供給口部
１０・・凹部
１１・・個別電極
１２・・インク取入れ口
１３・・封止材
１４・・電極端子
２０・・仕切り壁部
２０ａ・・仕切り壁部の上面
２０ｂ、２０ｃ・・仕切り壁部のエッジ
２０ｄ、２０ｅ・・仕切り壁部の傾斜面
２１、２２・・深い溝部
２３、２４・・浅い溝部
２５・・柱部
２６、２７・・連通部
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８・・溝部
４１・・分流路部
５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８・・単一流路部
【図１】
0004151226.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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