(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性セラミックにインク出射側から順に、深さが略一定の部分、深さが徐々に浅くなる部分を有する溝として設けられた複数のインク流路と、
前記各インク流路の深さが徐々に浅くなる部分近傍に設けられ、インク供給源からインクを導入し、前記各インク流路にインクを分配充填するインク導入口と、
前記各インク流路の深さが徐々に浅くなる部分または該部分近傍を覆うように設けられ、所望のＡＬ（ここで、ＡＬはインク流路の長さ／インク流路内音速）が得られるように前記インク導入口から前記インク流路の深さが略一定の部分の一部に至るまでの部分に所定の幅で設けられた弾性部材と、を備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記インク流路の深さが徐々に浅くなる部分の浅い側にインク導入口側が浅溝に形成され、該浅溝部分を少なくとも覆う弾性部材を有する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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は安定な高速出射が可能なインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドロップ・オン・デマンド型のインクジェット方式の印字装置の１つとして、特開昭６３−２５２７５０号、特開平６−２３４２１２〜２３４２１６号等に記載の剪断モード型のものが、小型化や高速化に有利であるとして知られている。
【０００３】
図１は従来の剪断モード型インクジェットヘッドの構成を示す斜視図である。図において、１は圧電性セラミック基板、２はノズルプレート、３はノズル、４はインク流路、５は側壁、６はカバープレート、７はインク供給部（以下、マニホールドと言う。）、８はインク導入口である。
【０００４】
圧電性セラミック基板１にはダイヤモンドブレード等により切削加工され、複数の溝（インク流路）４が全て同じ形状で平行に形成され、溝４の側面となる側壁５は矢印の方向に分極されている。溝４の深さは圧電性セラミック基板の一方の端面１２に近づくにつれて徐々に浅くなって、端面１２近傍では浅溝１０とされている。溝４の内面には、その両側面の上半分に金属電極９がスパッタリング等によって形成されている。又、浅溝１０の内面には、その側面及び底面に金属電極１１がスパッタリング等によって形成されており、金属電極９と金属電極１１は連通している。
【０００５】
カバープレート６は、セラミック材料又は樹脂材料等から形成され、研削又は切削加工等によって、インク導入口８及びマニホールド７が形成されている。そして、圧電性セラミック基板１の溝４が加工された面とカバープレート６のマニホールド７が加工された面とがエポキシ系接着剤１６等を用いて接着され（図２参照）、溝４の上面がカバープレート６で覆われてインク流路となる。
【０００６】
圧電性セラミック基板１及びカバープレート６の端面に、各インク流路４の位置に対応する位置にノズル３が設けられたノズルプレート２が接着される。ノズルプレートはＰＥＴ等のポリアルキレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、酢酸セルロース等のプラスチックによって形成されている。
【０００７】
図２はインク出射の動作原理を説明する図である。図のインク流路４からインクを出射するにあたり、金属電極９ａと９ｂに正の駆動電圧が印加され、金属電極９ｃと９ｄが接地される。図２（ｂ）に示す様に、それぞれの側壁５には矢印の方向の駆動電界が発生する。この駆動電界の方向は圧電性セラミック基板の分極方向と直交しているため、各側壁５は圧電厚みすべり効果により、この場合、インク流路４の内部方向に急激に変形する。この変形によってインク流路４の容積が減少してインク圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク流路４に連通するノズル３からインク滴が噴射される。
【０００８】
駆動電圧の印加（以下駆動パルスとも言う。）が停止されると、各側壁５が変形前の位置（図２（ａ））に徐々に戻るため、インク流路４内のインク圧力が徐々に低下する。そして、図示しないインク供給源（タンク）からインク導入口８及びマニホールド７を通してインク流路４にインクが供給される（図３）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記インク流路４で発生した圧力波はノズル面と、インク流路４とマニホールド７との境界面の２面間で反射する。そして駆動パルスのパルス幅は、圧力波がこの２つの反射面を通過する時間ＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｌｅｎｇｔｈ≒インク流路の長さＬ／インク流路内音速Ｃｎ）に設定される。
【００１０】
図３に示される様に、溝を切ることによって形成されるインク流路の壁は終端が円弧の形状であり、壁が屈曲して圧力を発生させるインク流路は、図においてカバープレート６と壁が接着されている部分である。つまりマニホールド７はインク流路の長さＬを確定させることと、インク流路４とマニホールド７との境界での圧力波反射率の確保と言う機能を有している。
【００１１】
高速駆動する場合、圧力波が残る（残響）と射出が不安定となる。圧力波はインク流路内では殆ど減衰せず、前記反射面での反射によって減衰するので、いずれかの反射率を小さくすれば残響は小さくなるが、ノズル面での反射率は諸条件によって決まってしまうため、マニホールド側の反射率を下げて対応することが好ましい。
【００１２】
上記の観点から本出願人は、特願平９−２２９４１４号にて、前記円弧を含んだ壁全体をカバープレートで覆い、インクは浅溝を経由して供給する形態を提案した（図４）。図においては、圧電性セラミック基板１に形成された、深さが略一定の部分４１、深さが徐々に浅くなる部分４２及び浅い部分４３を有する溝と、カバープレート６によって形成されたインク流路４の、浅い部分４３に複数のインク流路に渡るインク導入口８が連通している。
【００１３】
これにより確かに射出安定性は向上するが、明確な駆動壁の終端が無いため、ＡＬが確定せず、高速射出安定性は未だ十分とは言えなかった。
【００１４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定な高速出射が可能なインクジェットヘッドを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記本発明の目的は、
圧電性セラミックにインク出射側から順に、深さが略一定の部分、深さが徐々に浅くなる部分を有する溝として設けられた複数のインク流路と、前記各インク流路の深さが徐々に浅くなる部分近傍に設けられ、インク供給源からインクを導入し、前記各インク流路にインクを分配充填するインク導入口と、前記各インク流路の深さが徐々に浅くなる部分または該部分近傍を覆うように設けられ、所望のＡＬ（ここで、ＡＬはインク流路の長さ／インク流路内音速）が得られるように前記インク導入口から前記インク流路の深さが略一定の部分の一部に至るまでの部分に所定の幅で設けられた弾性部材と、を備えたインクジェットヘッド、及び前記インク流路の深さが徐々に浅くなる部分の浅い側にインク導入口側が浅溝に形成され、該浅溝部分を少なくとも覆う弾性部材を有すること、
によって達成される。
【００１６】
即ち、本発明者は、インク導入口に接して弾性部材でインク流路を覆うことにより、インク供給側での反射率を小さくし、且つ明確な圧力波の反射面を形成せしめて本発明に至った。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を挙げて本発明を説明するが、本発明の態様はこれに限定されない。
【００１８】
図５は本発明のインクジェットヘッドに係るインク流路とインク供給部の形態の１例を示す側断面図である。図においては、圧電性セラミック基板１に形成された溝と、カバープレート６によって形成されたインク流路４の、複数のインク流路に渡るインク導入口８が連通している部分に接して、カバープレート６にポケット部分が形成されて弾性部材１７が充填されている。この弾性部材１７のインク導入口８とは反対側の端部でＬが決定される。
【００１９】
弾性部材の材質としては、ゴム、発泡ウレタン、低密度ポリエチレン等、音波の損失係数が大きいものが好ましい。またヘッドに用いる時の大きさとしては、厚さ０．５ｍｍ以上で溝方向の長さを１ｍｍ以上とすれば顕著な効果が得られるが、望ましくは厚さ１ｍｍ以上、溝方向の長さ２ｍｍ以上とする。
【００２０】
図６にインク流路とインク供給部の形態の他の例を示す。これは別部材１８で弾性部材１７のシートを圧着するものである。
【００２１】
この様に構成することで、インク流路４のインク導入口側の端部では、断面積が変化しないために反射率が小さくなる。又、弾性部材が圧力波を吸収するために、断面積が大きく変化する弾性部材１７とインク導入口８の境界における圧力波の反射も抑制される。更に、弾性部材が圧着された部分は圧力を発生できず、壁が屈曲し圧力を発生できるのはカバープレート６が接着された部分のみであるから明確な駆動壁が形成できる。
【００２２】
更に、インク射出に伴うインクの移動に起因する周期の長い波動を抑えるために、図７に示す様な浅溝部４３′を形成して、インク供給路を絞り、流体抵抗を大きく設定することが好ましい。その際図６と同様に別部材１８で弾性部材１７のシートを圧着する方式にすれば、インクジェットヘッドの製造工程を簡略化することができる。
【００２３】
【実施例】
インク導入口の径が２．０ｍｍで、深さ２．０ｍｍ、インク流路への開口部の長さ１４ｍｍのマニホールドを有し、深さ略一定部分のインク流路が深さ４２０μｍ、幅１０５μｍ、長さ６．０ｍｍであり、６４個のノズルを有する従来のインクジェットヘッドと、同じインク流路ノズル数で、弾性部材として厚さ１ｍｍ、長さ３ｍｍのシリコンゴムを挿入したタイプの本発明のインクジェットヘッドを用い、下記組成のインクを、体積６０ｐｌのインク滴として駆動電圧２０Ｖ、周波数７ｋＨｚでインクジェット用ゼラチンコート紙に出射して下記の評価を行い印字品位の比較をした。尚、ヘッド又は紙を７００ｍｍ／秒で移動させて印字し、ドットの形状、位置をＣＣＤ撮像装置で観察して着弾精度及び安定射出速度の評価をした。
【００２４】
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【００２５】
【発明の効果】
本発明によればインクジェット方式の高速印字を安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の剪断モード型インクジェットヘッドの構成を示す斜視図。
【図２】剪断モード型インクジェットヘッドのインク出射の動作原理を説明する図。
【図３】従来の剪断モード型インクジェットヘッドへのインクの供給を示す図。
【図４】特願平９−２２９４１４号のインクジェットヘッドに係るインク流路とインク供給部の形態の１例を示す側断面図。
【図５】本発明のインクジェットヘッドに係るインク流路とインク供給部の形態の１例を示す側断面図。
【図６】インク流路とインク供給部の形態の他の例を示す側断面図。
【図７】インク流路とインク供給部の形態の好ましい例を示す側断面図。
【符号の説明】
１  圧電性セラミック基板
２  ノズルプレート
３  ノズル
４  インク流路
５  側壁
６  カバープレート
７  インク供給部（マニホールド）
８  インク導入口
９，１１  金属電極
１０  浅溝
１６  接着剤等
１７  弾性部材
１８  別部材
【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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