(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力発生室を列状に形成するとともに、各列の圧力発生室にインク供給口を介して連通し、またインク導入口を介して外部からインクの注入を受けるリザーバが形成されたスペーサと、前記圧力発生室に連通するノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記圧力発生室、及び前記リザーバを封止する封止板とを積層して構成された流路ユニットと、
前記流路ユニットを固定するとともに、前記インク導入口を介して前記リザーバにインクを注入するインク誘導路を備えたヘッドホルダとを備え、
前記スペーサは、前記リザーバの最外側よりも前記インク供給口側に位置するように前記インク導入口に連通する接続流路を有し、前記接続流路が前記インク導入口の外周に対向し、かつ前記リザーバ側に位置する突出部により区画形成されており、前記突出部が前記インク誘導路の開口部の外周の少なくとも２点を支持しているインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記接続流路が凹部として前記ノズルプレート側、または前記封止板側に形成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
前記接続流路が凹部として前記ノズルプレート側と前記封止板側との両面に形成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
前記接続流路が前記ノズルプレート側に開口し、かつ前記インク誘導路のほぼ外周を囲むように形成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
前記接続流路が、前記インク誘導路の開口に接続するように複数に分岐している請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】
前記スペーサが、シリコン単結晶基板を異方性エッチングして構成され、前記接続流路がシリコン単結晶基板のハーフエッチングにより形成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】
前記インク導入口の外側の境界が前記リザーバの最外側とほぼ一致する請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項８】
前記ヘッドホルダのインク誘導路の開口の周縁が、リザーバを跨いで支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９】
前記ヘッドホルダのインク誘導路の開口の周縁の一部が、リザーバ内で支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１０】
前記圧力発生室側の前記リザーバに対向する領域に凹所が形成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１１】
前記封止板が、前記リザーバに対向する領域で弾性変形可能で、また前記ヘッドホルダに前記弾性変形を可能ならしめる凹部が形成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１２】
前記封止板が、前記圧力発生室に対向する領域で弾性変形可能で、かつ圧電振動子の変位を受ける請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１３】
前記圧力発生室にインクを気化させる発熱素子が設けられている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術の分野】
本発明は、記録媒体にインク滴を吐出して記録画像を形成するインクジェット式記録ヘッド、より詳細には圧力発生室等の流路を形成するスペーサの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノズルと連通する圧力発生室の壁面に弾性変形可能な封止板を積層し、この封止板を圧電振動子により加圧することによりインク滴を吐出し記録媒体に記録するインクジェット式記録ヘッドは、例えば特開平7-323543号公報に見られるようにノズルを有するノズルプレートと、圧力発生室とリザーバ及びインク流路が形成されたスペーサ部材と、封止板をサンドイッチ状に積層し、この封止板を圧電振動子により弾性変形させて、圧力発生室を膨張、収縮させるように構成されている。
【０００３】
リザーバは、２列の圧力発生室の外周を取り囲むように略Ｕ字状に形成されていて、中央部に導入口が接続するように構成されている。  このような構成によれば、２列の圧力発生室を使用して高密度印刷が可能となるものの、カラー印刷のように複数種のインクを使用する記録ヘッドにあっては、インク種の数だけ記録ヘッドを用意せねばならず、記録ヘッドの幅方向のサイズが非常に大きくなるという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは記録ヘッドの幅方向のサイズの拡大を招くこと無く、同一の基板に形成された複数列の圧力発生室の各列に独立してインクを安定に供給できるインクジェット式記録ヘッドを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、複数の圧力発生室を列状に形成するとともに、各列の圧力発生室にインク供給口を介して連通し、またインク導入口を介して外部からインクの注入を受けるリザーバが形成されたスペーサと、前記圧力発生室に連通するノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記圧力発生室、及び前記リザーバを封止する封止板とを積層して構成された流路ユニットと、前記流路ユニットを固定するとともに、前記インク導入口を介して前記リザーバにインクを注入するインク誘導路を備えたヘッドホルダとを備え、前記スペーサは、前記リザーバの最外側よりも前記インク供給口側に位置するように前記インク導入口に連通する接続流路を有し、前記接続流路が前記インク導入口の外周に対向し、かつ前記リザーバ側に位置する突出部により区画形成されており、前記突出部が前記インク誘導路の開口部の外周の少なくとも２点を支持している。
【０００５】
【作用】
インク導入口の外周に対向する領域の突出部が、ヘッドホルダのインク誘導路の外周の複数点に当接するため、この近傍が確実に接着されて液密構造が確保でき、またインク導入口に接続する接続流路がリザーバの内側寄りに位置するため、リザーバの幅を抑えることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の記録ヘッドの一実施例を示すものであって、ノズル開口１、インク供給口２、リザーバ３、及び圧力発生室４を形成する流路形成ユニット５をヘッドホルダ６の一端に固定するとともに、このユニット５の各列の圧力発生室４に対向する位置に圧電振動子７、７、７、…の先端が当接するように圧電振動子ユニット８をヘッドホルダ６に固定して構成されている。
【０００７】
ヘッドホルダ６は、図２に示したように圧力発生室４に対向する位置に圧電振動子７、７、７を露出させる窓９が、またリザーバ３に対向する領域には、圧電振動子７により弾性変形可能な後述の封止板１０を弾性変形可能ならしめる凹部１１が形成され、さらにリザーバの中心部と対向する位置にはインク誘導路１２の先端を開口１３を形成して構成されている。
【０００８】
流路ユニット５は、圧力発生室２に連通するノズル開口１を備えたノズルプレート１４と、リザーバ３、インク供給口２、及び圧力発生室４を形成するスペーサ１５と、少なくともリザーバ３、インク供給口２、及び圧力発生室４を封止し、かつリザーバ３、及び圧力発生室４の領域で弾性変形可能な弾性膜にヘッドホルダ６の開口１３とリザーバ３とを接続する通孔１６を穿設してなる封止板１０とをサンドイッチ状に積層して構成されている。
【０００９】
封止板１０は、この実施例では圧電振動子７の変位を圧力発生室の容積変化に変換するために各圧力発生室の中心線状に剛性を備えたアイランド部１７が形成されている。
【００１０】
図３は、スペーサ１５の一実施例を示すものであって、中心線を対称線とするように圧力発生室４、４、４、…が２列一定のピッチで形成され、各列のインク供給口２、２、２、…の外側にはそれぞれ独立してリザーバ３、３が形成され、インク供給口２、２、２…を介してリザーバ３、３と各列の圧力発生室４、４、４、…が接続されている。
【００１１】
リザーバ３は、中心点を対称点とするように両側が若干狭くなるように羽型に形成され、また中心部にはヘッドホルダ６のインク誘導路１２に接続する凹部１８を突出部１９により区画して形成されている。この凹部１８は、リザーバ３の最外側よりも内側に位置するように形成されている。これにより、記録ヘッド全体の幅を小さくして小型化を図ることが可能となる。
【００１２】
また、突出部１９の両側（図では上下方向）にはリザーバ３の本体部と凹部１８とをインクの流通が可能な程度の段差部からなる接続流路２０が、図４及び図５に示したように封止板１０の側に形成されている。
【００１３】
このスペーサ１５は、周知のように所定厚に切り出されたシリコン単結晶基板を用い、リザーバ３、凹部１８等を異方性フルエッチングにより貫通孔を形成し、また圧力発生室４や接続流路２０を異方性ハーフエッチングすることにより構成できる。
【００１４】
また、エッチング可能でかつインクに耐蝕性を持つ金属やガラス等の板材を用い、これに貫通領域や凹部をエッチングにより形成したり、また少なくとも凹部の底面を境とするように厚み方向に複数の層に分解し、各層の貫通孔に一致する貫通孔を形成したエッチングフィルムを積層することにより構成することができる。
【００１５】
この実施例において、スペーサ１５の一方の面にノズルプレート１４を、また他方の面に封止板１０を接着剤等により液密に固定して流路形成ユニット５を構成する。
【００１６】
この流路形成ユニット５のインク導入口１６をヘッドホルダ６のインク誘導路１２の開口１３に位置合わせして接着剤等によりヘッドホルダ６に固定し、また圧電振動子７の先端が封止板１０のアイランド部１７に当接するように圧電振動子ユニット８をヘッドホルダ６に固定し、またヘッドホルダ６の他方の面にインク供給針２１やフィルタ２２を取り付け、外側をシールド部材を兼ねる枠体２３で固定すると記録ヘッドが完成する。
【００１７】
ところで、流路ユニット５とヘッドホルダ６との接着の過程で、インク導入路１２の開口１３の周縁の内、少なくともリザーバ３の幅方向の２点、つまり図４において凹部１８の図中右側の壁とインク供給口２を形成する壁２ａの領域、及び突出部１９の先端１９ａの領域でも支持されるため、インク誘導路の開口１３の周辺の封止板１０がヘッドホルダ６に確実に接着され、液密構造が確保される。
【００１８】
このように構成された記録ヘッドに駆動信号を印加すると、圧電振動子７が収縮して圧力発生室４が膨張する。これによりリザーバ３のインクがインク供給口２から圧力発生室４に流れ込む。所定時間が経過した段階で圧電振動子７を放電させると、圧電振動子７が伸長して元の状態に復帰する。この過程で圧力発生室４が圧縮されて圧力発生室４のインクの一部がノズル開口１からインク滴として吐出し、また残部がインク供給口２からリザーバ３に逆流する。
【００１９】
リザーバ３に逆流したインクは、リザーバ３の圧力を上昇させることになるが、リザーバ３の一方の面はフィルム等の弾性変形可能な封止板１０により封止され、かつヘッドホルダ６の対向する面に凹部１１が形成されているから、封止板１０が圧力に応動して弾性変形し、圧力上昇分を吸収する。またインク導入口１６に対向する領域の圧力発生室４から逆流したインクは、この領域に形成されている接続流路２０から両側に分流して、両側のリザーバ３の本体の大きなコンプライアンスにより吸収される。
【００２０】
このようにしてリザーバ３のインクが消費されると、インク供給針２１により接続されている図示しないインクカートリッジのインクがヘッドホルダ６のインク誘導路１２を経由してインク導入口１２からリザーバ３の凹部１８の開口１８ａや接続流路２０から両側に分流して流れ込む。
【００２１】
図６は、本発明の第２の実施例を示すものであって、この実施例においては前述の突出部１９を、凹部１８を取り囲むように周回さて圧力発生室側（図中、左側）に壁部１９ｂを形成し、壁部１９ｂに接続流路２４を形成したものである。
【００２２】
この実施例によればインク誘導路１２の開口１３の周縁と可及的に長い周長での当接領域を確保でき、より安定に接着構造を確保することができる。
【００２３】
なお、上述の実施例においては壁部１９ｂに接続流路２４を形成しているが、図７に示したように圧力発生室側のリザーバに対向する細長い領域に凹所２５を形成するとともに、壁部１９ｂに接続するように枝２６を形成すると、凹部１８とリザーバ３との連通を確保しつつ、壁部１９ｂを補強することができる。
【００２４】
さらには、図８に示したように枝２６の先端部２６ａを凹部から若干後退させて開口領域２７を確保するとともに、先端部２６ａの厚みをスペーサ１５と同一の厚みに形成して、ここをヘッドホルダ６のインク誘導路１２の開口１３の周縁の支持領域とすることもできる。
【００２５】
なお、上述の実施例においては、ヘッドホルダ６のインク誘導路１２の開口１３とリザーバ３との接続流路を封止板１０側に形成しているが、図９（イ）に示したようにノズルプレート側に接続流路２０’を形成したり、また図９（ロ）に示したように両面に接続流路２０”を形成しても同様の作用を奏することは明らかである。
【００２６】
特にノズルプレート側に接続流路２０’を形成した場合には、ヘッドホルダ６のインク誘導路１２の開口１３の周辺に当接する領域のスペーサ１５の突起１９が封止板１０側では広い面積で残るため、ヘッドホルダ６と流路ユニット５との接着作業時にスペーサ１５自体の剛性により接着のための圧力を掛け易い。これにより、図１０、図１１に示すように図４に示した実施例における突出部１９の先端１９ａや図６、図７に示した実施例における壁部１９ｂ、さらには図８に示した実施例における先端部２６ａに相当する領域までを接続流路とするように凹部を拡大して形成することができ、接続流路での流路抵抗を下げることが可能となる。
【００２７】
さらには、図１２に示したようにヘッドホルダ６のインク誘導路１２の開口１３周辺に当たる領域を凹部とすることができる。
【００２８】
また上述の実施例においては、ヘッドホルダ６のインク誘導路１２の開口１３とリザーバ３との接続流路をリザーバ３の延長方向に１つずつ形成しているが、各方向に複数形成したり、また図１３に示したように開口１３の周辺に島部１９ｃを残すように流路２０を形成して流路ユニットの接着性を確保しつつ、接続流路の流路抵抗を下げることができる。
【００２９】
さらには、上述の実施例においては圧力発生手段として軸方向に伸縮する圧電振動子を使用しているが、たわみ振動する圧電振動子を各圧力発生室４に対向させて設けたり、またインクを蒸発、気化させることができる発熱素子を各圧力発生室４に設けた記録ヘッドに適用しても同様の作用をそうする。
【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例を示す断面図である。
【図２】同上記録ヘッドの組立て斜視図である。
【図３】スペーサの一実施例を示す平面図である。
【図４】同上スペーサの、ヘッドホルダのインク誘導路の開口と対向する領域を拡大して示す平面図である。
【図５】ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例を、ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す平面図である。
【図７】本発明の他の実施例を、ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施例を、ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す平面図である。
【図９】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実施例を、ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す断面図である。
【図１０】同上、ノズルプレート側に接続用の凹部を形成した場合の実施例を、ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す平面図である。
【図１１】同上、ノズルプレート側に接続用の凹部を形成した場合の実施例を、ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す平面図である。
【図１２】同上、ノズルプレート側に接続用の凹部を形成した場合の実施例を、ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す平面図である。
【図１３】同上、ノズルプレート側に接続用の凹部を形成した場合の実施例を、ヘッドホルダのインク誘導路の開口の近傍を拡大して示す平面図である。
【符号の説明】
３  リザーバ
４  圧力発生室
５  流路ユニット
６  ヘッドホルダ
７  圧電振動子
１０  封止板
１２  インク誘導路
１３  開口
１４  ノズルプレート
１５  スペーサ
１６  インク導入口
１８  凹部
１９  突出部
２０  接続流路
【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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【図１２】
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【図１３】
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