(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口を有するノズルプレート部と、
振動板として機能する蓋部と、
ノズルプレート部と蓋部との間に配置され、蓋部により上面が封止されると共にノズル開口に連通する開口部を有するスペーサと、
スペーサに形成された、開口部に連通する液体供給口と、
を備え、
ノズル開口と液体供給口とは空間的に離れており、
蓋部は、相対的な厚肉部と相対的な薄肉部とを有しており、
前記ノズルプレートの前記蓋部側の面には、前記蓋部の薄肉部のノズル開口側の領域と対向する領域であって、前記ノズル開口を囲む領域に、凹状となったノズルプレートの薄肉部を有し、
前記ノズルプレートの前記蓋部側とは反対側の面であって、前記ノズル開口を囲む領域と対向する領域は、平坦になっており、
前記凹状となったノズルプレートの薄肉部は、前記開口部に開放されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射することができる液体噴射ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体滴としてインクを噴射する記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一例）は、一般に、インクタンクに連通する圧力発生室と、圧力発生室に連通するノズル開口と、圧力発生室内に圧力を発生させる圧力発生手段（例えば圧力発生室内のインクの一部を気化させるべく設けられたヒータ、あるいは、圧力発生室の一部に変形可能領域を形成した場合に当該領域を変形させる機械的変位手段）と、を備え、圧力発生手段の作動によりノズル開口からインク滴を発生させるように構成されている。
【０００３】
特に、圧力発生室の一部に変形可能領域を形成して、当該領域に縦振動モードの圧電振動子を当接させる方式は、熱によるインクの変質を招くことがないため、カラー印刷などに適している。
【０００４】
ところで、縦振動モードの圧電振動子により圧力発生室を弾性変形させてインク滴を発生させるインクジェット式記録ヘッドは、圧力発生室のノズル開口配列方向の幅を極めて小さくすることができるため、高い解像度での印刷が可能となる反面、解像度を向上させるために小型化を図れば図るほど、圧力発生室の変形領域の剛性を下げるために当該領域を規定する部材を薄く構成せねばならず、機械的強度が低下するという不都合がある。
【０００５】
例えば、相互のノズル開口が千鳥状となるように４列配置された解像度３００ＤＰＩ程度のインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧力発生室は、長さが１乃至２ミリメートル、幅が２００μｍ程度であり、変形領域を構成する振動板の厚さは、可撓性を備えた領域において１乃至３μｍ、圧電振動子からの変位を受ける領域において数１０μｍ程度である。さらに圧力発生室を変形させる縦振動モードの圧電振動子の先端のサイズは、５００μｍ×２００μｍ程度である。
【０００６】
つまり、振動板は、圧電振動子と当接する部分に圧電振動子の長さよりも長い凸部（いわゆるアイランド部）が形成されていて、圧電振動子の変位を振動板の長手方向に拡大してマッチングを取るように構成されている。
【０００７】
この結果、アイランド部（厚肉部）と可撓性を備えた薄肉部との切替部部分切れ目）近傍に圧力集中が生じ易く、振動板に破損が生じ得るという問題がある。
【０００８】
このような破損の防止を目的とするだけならば、薄肉部を可及的に厚くして機械的強度を持たせるという手法も考えられるが、他方においてインク滴生成時の急激な圧力上昇を緩和させないと、微小インク滴の発生を招いて、印字品質を低下させてしまうという問題がある。
【０００９】
特開平６−３２０７２５号公報には、印字品質の向上と振動板の耐久性の向上との両方を図ることができるよう改良されたインクジェット式記録ヘッドが開示されている。
【００１０】
前記公報によって開示されている記録ヘッドの具体的な構造について、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５は、前記公報により開示された、縦振動モードの圧電振動子を用いたインクジェット式記録ヘッドの概要を示すものである。図中符号１３０は、スペーサであり、ノズルプレート１４０と振動板１２０との間に介在すると共に、圧力発生室１３１、インク供給口１３２及びリザーバ１３３が形成されている。ノズルプレート１４０には、ノズル開口１４１が形成されている。
【００１１】
図中符号１０１は、圧電振動ユニットで、図６に示したように縦振動モードを備えた圧電振動子１０２，１０２，１０２‥‥を変換器ユニット基板１０３にノズル開口１４１，１４１，１４１‥‥の配列ピッチ、例えば２８０μｍで固定して構成されている。これら圧電振動子１０２，１０２，１０２‥‥は、厚さ５００μｍ程度の圧電振動板の一端を変換器ユニット基板１０３に接着剤で固定して、幅が１５０μｍ程度となるようにワイヤソウなどにより２８０μｍ程度のピッチで、深さ数ｍｍ程度のスリット１０４，１０４，１０４‥‥を形成することにより構成されている。
【００１２】
これら圧電振動子１０２，１０２，１０２‥‥は、その対向する面に電極１０５，１０６が構成されていて、一方の面の電極１０５はユニット基板３のリード電極１０７，１０７，１０７‥‥と、また他方の面の電極１０６，１０６，１０６‥‥は接続部材１０８により短絡されて両側のダミー振動子１１０，１１０に形成されている電極１１１，１１１を介してリード電極１１２，１１２に接続されている。これらリード電極１０７，１０７，１０７‥‥、及び１１２，１１２‥‥は、接続手段１１４を介して駆動回路に接続されている。
【００１３】
振動板１２０は、図７及び図８に示したように、ドット形成密度に対応して２８０μｍ程度の一定ピッチに長手方向の端部が円弧状となるほぼ長方形の凹部１２１を有しており、凹部１２１の中心部には圧電振動子１０２，１０２，１０２‥‥の先端に当接する厚肉部としてのアイランド部１２２，１２２，１２２‥‥が形成されている。このアイランド部１２２，１２２，１２２‥‥は、これの周囲を囲むようにして形成された薄肉部１２３により、厚肉部として形成された振動子基体１２４と一体となっている。
【００１４】
この結果、凹部１２１と凹部１２１との間には厚肉部としてのブリッジ部１２４ａ，１２４ａ‥‥が形成されて、振動領域となる凹部１２１，１２１，１２１‥‥を補強するようになっている。
【００１５】
そして、図８に示すように、この凹部１２１のノズル開口１４１側の長さＬａが、インク供給口１３２側の長さＬｂよりも長く構成されている。これにより、インク供給口側の薄肉領域１２１ｂは、ノズル開口側の領域１２１ａよりも面積を小さく抑えられ、すなわち、コンプライアンスが小さく抑えられている。
【００１６】
このような構成により、インク滴生成時に発生する瞬間的な高い圧力は、ノズル開口側の薄肉部１２１ａで吸収され、不要なインク滴の飛び出しが防止される。また薄肉部で吸収された圧力は、インク滴発生の圧力として時間を延長して利用されるため、エネルギ効率が向上する。さらに、以上のような構成によれば、ノズル供給口側で生じ易かった薄肉部の亀裂が防止され得る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、記録ヘッドの設計の態様によっては、凹部１２１のノズル開口１４１側の長さＬａをインク供給口１３２側の長さＬｂよりも長く構成することが困難な場合もある。
【００１８】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、振動領域となる領域（凹部１２１）の形状に十分な自由度が無い場合において、印字品質の向上と振動板の耐久性の向上との両方を図ることができる記録ヘッド、広くは液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。
【００１９】
なお、本発明が解決しようとする基本的課題としては、以下の課題がある。
【００２０】
微小ドットを十分な速度で吐出させるためにはノズル径を小さくしたり、流路構造を適切に設定することで圧力室の固有周期を小さくしたりする必要がある。それらのパラメータは大きなインク滴を吐出させるために必要なパラメータと相反することが多く、両立させることは難しい。
【００２１】
特に微小ドットは空気抵抗によって吐出後にインク速度が低下しやすい傾向にある。このため、初期的に十分な吐出速度が必要である。
【００２２】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ノズル側と供給口側とのコンプライアンスのバランスを変えることで微小ドットのインク吐出速度を向上させる事を目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノズル開口を有するノズルプレート部と、振動板として機能する蓋部と、ノズルプレート部と蓋部との間に配置され、蓋部により上面が封止されると共にノズル開口に連通する開口部を有するスペーサと、スペーサに形成された、開口部に連通する液体供給口と、を備え、ノズル開口と液体供給口とは空間的に離れており、開口部のノズル開口側を区画するスペーサの区画壁部の少なくとも一部が、薄肉状に形成されており、開口部のノズル開口側のコンプライアンスが、開口部の液体供給口側のコンプライアンスよりも大きくなっていることを特徴とする液体噴射ヘッドである。
【００２４】
本発明によれば、開口部のノズル開口側を区画するスペーサの区画壁部の少なくとも一部が薄肉状に形成されていることにより、振動板として機能する蓋部の設計態様に関わらず、液体噴射品質の向上と振動板としての蓋部の耐久性向上とを図ることができる。
【００２５】
好ましくは、スペーサは、薄肉状に形成された区画壁部の一部を介して開口部と逆側に隣接する空洞部を有している。このような態様は、区画壁部の一部を容易に薄肉状に形成するのに好適である。例えば、空洞部は、スリット状に形成され得る。
【００２６】
また、本発明は、ノズル開口を有するノズルプレート部と、振動板として機能する蓋部と、ノズルプレート部と蓋部との間に配置され、蓋部により上面が封止されると共にノズルプレート部により下面が封止される開口部を有するスペーサと、スペーサに形成された、開口部に連通する液体供給口と、を備え、ノズル開口と液体供給口とは空間的に離れており、ノズルプレートのノズル開口近傍の一部が、薄肉状に形成されており、開口部のノズル開口側のコンプライアンスが、開口部の液体供給口側のコンプライアンスよりも大きくなっていることを特徴とする液体噴射ヘッドである。
【００２７】
本発明によれば、ノズルプレートのノズル開口近傍の一部が薄肉状に形成されていることにより、振動板として機能する蓋部の設計態様に関わらず、液体噴射品質の向上と振動板としての蓋部の耐久性向上とを図ることができる。
【００２８】
一般には、蓋部を振動させてノズル開口から液体を噴射させる振動手段が設けられる。
【００２９】
また、本発明は、ノズル開口を有するノズルプレート部と、振動板として機能する蓋部と、ノズルプレート部と蓋部との間に配置され、蓋部により上面が封止されると共にノズル開口に連通する開口部を有するスペーサと、スペーサに形成された、開口部に連通する液体供給口と、を備え、ノズル開口と液体供給口とは空間的に離れており、蓋部は、相対的な厚肉部と相対的な薄肉部とを有しており、蓋部の薄肉部によるノズル開口側のコンプライアンスが、蓋部の薄肉部による液体供給口側のコンプライアンスと略等しいか、あるいは、それよりも小さく、蓋部の厚肉部に、開口部の容積を変動させてノズル開口から液体を噴射させる振動手段が取付けられており、振動手段の厚肉部への取付位置によって、開口部のノズル開口側のコンプライアンスが、開口部の液体供給口側のコンプライアンスよりも大きくなっていることを特徴とする液体噴射ヘッドである。
【００３０】
本発明によれば、振動手段の厚肉部への取付位置によって、開口部のノズル開口側のコンプライアンスが、開口部の液体供給口側のコンプライアンスよりも大きくなっているため、振動板として機能する蓋部の設計態様に関わらず、液体噴射品質の向上と振動板としての蓋部の耐久性向上とを図ることができる。
【００３１】
振動手段は、例えば圧電振動子、特には、縦振動モードの圧電振動子である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００３３】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態のインクジェット式プリンタ（液体噴射装置の一例）のための記録ヘッド１０（液体噴射ヘッド）の概略断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、記録ヘッド１０は、ノズル開口４１を有するノズルプレート部４０と、振動板として機能する蓋部２０と、ノズルプレート部４０と蓋部２０との間に配置されたスペーサ３０と、を備えている。
【００３４】
スペーサ３０には、蓋部２０により上面が封止されると共に、ノズルプレート部４０により下面が封止された開口部３１が形成されている。開口部３１は、上面側の開口面積が下面側の開口面積よりも大きい二段状に形成されており、それらはノズル開口４１の側の端部が揃えられている。そして、ノズル開口４１から遠い開口部３１の上方側に、インク供給口３２及びリザーバ（図示せず）が形成されている。すなわち、ノズル開口４１とインク供給口３２とは、空間的に離れている。
【００３５】
また、本実施の形態では、蓋部２０は、相対的な厚肉部２２と相対的な薄肉部２１ａ及び２１ｂとを有している。ここで、蓋部２０のノズル開口４１側の薄肉部２１ａによるコンプライアンスは、蓋部２０のインク供給口３２側の薄肉部２１ｂによるコンプライアンスと略等しいか、あるいは、それよりも小さくなっている（図１の場合は、小さくなっている）。
【００３６】
そして、蓋部２０の厚肉部２２には、開口部３１の容積を変動させてノズル開口４１から液体を噴射させる振動手段として、圧電振動子２が取付けられている。この場合、圧電振動子２は、厚肉部２２の略中央位置に取り付けられている。
【００３７】
記録ヘッド１０における圧電振動子２の構造及び配置等については、図４乃至図８を用いて説明した従来のタイプと略同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３８】
本実施の形態では、ノズル開口４１の側で揃えられている開口部３１の壁部５１（ノズル開口４１側を区画する区画壁部の一部）が、薄肉状に形成されている。この場合、壁部５１の厚みｔは、１０μｍ程度である。これにより、開口部３１のノズル開口４１側のコンプライアンスが、開口部３１のインク供給口３２側のコンプライアンスよりも大きくなっている。
【００３９】
本実施の形態では、スペーサ３０が、薄肉状に形成された前記壁部５１を介して、開口部３１と逆側に隣接する空洞部５２を有している。この空洞部５２は、スリット状に形成されている。
【００４０】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００４１】
本実施の形態においては、蓋部２０のノズル開口４１側の薄肉部２１ａによるコンプライアンスは、蓋部２０のインク供給口３２側の薄肉部２１ｂによるコンプライアンスと略等しいか、あるいは、それよりも小さくなっている。従って、薄肉部２１ａ及び２１ｂによって特開平６−３２０７２５号公報に記載されている作用効果を得ることはできない。
【００４２】
しかしながら、本実施の形態においては、ノズル開口４１の側で揃えられている開口部３１の壁部５１が、薄肉状に形成されている。このため、開口部３１のノズル開口４１側のコンプライアンスが、開口部３１のインク供給口３２側のコンプライアンスよりも大きくなっている。従って、薄肉部２１ａ及び２１ｂの亀裂が防止される等、振動板としての蓋部２０の耐久性向上が図れる一方、液体滴噴射品質の向上が十分に図れる。
【００４３】
次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４４】
図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態のインクジェット式プリンタのための記録ヘッド６０（液体噴射ヘッド）の概略断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、記録ヘッド６０には、第１の実施の形態のようなスリット状の空洞部５２は形成されていない。一方、記録ヘッド６０のノズルプレート４０は、ノズル開口４１の近傍において、環状の薄肉部４３を有している。これにより、開口部３１のノズル開口４１側のコンプライアンスが、開口部３１のインク供給口３２側のコンプライアンスよりも大きくなっている。
【００４５】
その他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と略同様である。第２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
本実施の形態においても、蓋部２０のノズル開口４１側の薄肉部２１ａによるコンプライアンスは、蓋部２０のインク供給口３２側の薄肉部２１ｂによるコンプライアンスと略等しいか、あるいは、それよりも小さくなっている。従って、薄肉部２１ａ及び２１ｂによって特開平６−３２０７２５号公報に記載されている作用効果を得ることはできない。
【００４７】
しかしながら、本実施の形態においては、ノズルプレート４０のノズル開口４１近傍の一部が、薄肉状に形成されている。このため、開口部３１のノズル開口４１側のコンプライアンスが、開口部３１のインク供給口３２側のコンプライアンスよりも大きくなっている。従って、薄肉部２１ａ及び２１ｂの亀裂が防止される等、振動板としての蓋部２０の耐久性向上が図れる一方、液体滴噴射品質の向上が十分に図れる。
【００４８】
次に、図３を用いて本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００４９】
図３は、本発明の第３の実施の形態のインクジェット式プリンタのための記録ヘッド７０（液体噴射ヘッド）の概略断面図である。図３に示すように、記録ヘッド７０には、第１の実施の形態のようなスリット状の空洞部５２は形成されていない。一方、記録ヘッド７０の圧電振動子２は、厚肉部２２の中央では無く、インク供給口３２の側に片寄って取り付けられている。これにより、開口部３１のノズル開口４１側のコンプライアンスが、開口部３１のインク供給口３２側のコンプライアンスよりも大きくなっている。
【００５０】
その他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と略同様である。第３の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施の形態においても、蓋部２０のノズル開口４１側の薄肉部２１ａによるコンプライアンスは、蓋部２０のインク供給口３２側の薄肉部２１ｂによるコンプライアンスと略等しいか、あるいは、それよりも小さくなっている。従って、薄肉部２１ａ及び２１ｂによって特開平６−３２０７２５号公報に記載されている作用効果を得ることはできない。
【００５２】
しかしながら、本実施の形態においては、圧電振動子２がインク供給口３２の側に片寄って取り付けられている。このため、開口部３１のノズル開口４１側のコンプライアンスが、開口部３１のインク供給口３２側のコンプライアンスよりも大きくなっている。従って、薄肉部２１ａ及び２１ｂの亀裂が防止される等、振動板としての蓋部２０の耐久性向上が図れる一方、液体滴噴射品質の向上が十分に図れる。
【００５３】
なお、以上の各実施の形態の特徴は、組み合わされて実施され得る。
【００５４】
また、本発明は、インクジェット式記録装置の記録ヘッド以外の任意の液体噴射ヘッドに適用され得る。液体の例としては、インクの他に、グルー、マニキュア等が使用され得る。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、コンプライアンスのバランスを変えることでラージドットの吐出特性に大きく影響を及ぼすことなく微小ドットのインク速度を増すことができる。
【００５６】
また、本発明によれば、開口部のノズル開口側を区画するスペーサの区画壁部の一部が薄肉状に形成されていることにより、振動板として機能する蓋部の設計態様に関わらず、液体噴射品質の向上と振動板としての蓋部の耐久性向上とを図ることができる。
【００５７】
あるいは、本発明によれば、ノズルプレートのノズル開口近傍の一部が薄肉状に形成されていることにより、振動板として機能する蓋部の設計態様に関わらず、液体噴射品質の向上と振動板としての蓋部の耐久性向上とを図ることができる。
【００５８】
あるいは、本発明によれば、振動手段の厚肉部への取付位置によって、開口部のノズル開口側のコンプライアンスが、開口部の液体供給口側のコンプライアンスよりも大きくなっているため、振動板として機能する蓋部の設計態様に関わらず、液体噴射品質の向上と振動板としての蓋部の耐久性向上とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による液体噴射ヘッドの構成を説明する概略図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による液体噴射ヘッドの構成を説明する概略図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態による液体噴射ヘッドの構成を説明する概略図である。
【図４】従来の記録ヘッドを示す概略断面図である。
【図５】図４の記録ヘッドの概略を示す組立斜視図である。
【図６】振動板と圧電振動子との関係例を示す斜視図である。
【図７】アイランド部と薄肉部との関係を示す斜視図である。
【図８】流路形成部材と圧電振動子との関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０、６０、７０  記録ヘッド
２  圧電振動子
２０  蓋部
２１ａ、２１ｂ  薄肉部
２２  厚肉部
３０  スペーサ
３１  開口部
３２  インク供給口
４０  ノズルプレート
４１  ノズル開口
４３  薄肉部
５１  薄肉状壁部
５２  空洞部
【図１】
0004310927.tif 000002
【図２】
0004310927.tif 000003
【図３】
0004310927.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004310927.tif 000007
【図７】
0004310927.tif 000008
【図８】
0004310927.tif 000009