JP2004114516A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッド内のインク圧力室に異物が入り込んでも、異物がインク圧力室の下流側のノズルに詰まるおそれが少ない優れたインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【解決手段】インクジェットヘッド１は、インクを吐出するノズル８ａと、前記ノズル８ａに直結するインク流路を構成する貫通孔１０ａ〜１６ａと、前記貫通孔１６ａに繋がるインク圧力室１７ａとを備える。インク圧力室１７ａの下流側の貫通孔１０ａとノズル８ａとの間に、異物を除去するフィルタ９ａを設けた。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体に印刷を行うための、インクジェットヘッドに関し、更に詳細には、インク流路内の異物を除去するフィルタを備える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】
従来より、種々のインクジェットヘッド装置が提案されており、例えば、下記特許文献１及び特許文献２のインクジェットヘッド装置においては、インク圧力室にインクを貯留し、前記インク圧力室に隣接した圧電素子を駆動することにより、前記インクに圧力変動を与えてノズルからインクを吐出させることができる。そのインクジェットヘッドにおいては、インクの流路内へ異物が混入することを防止するため、インク圧力室の上流側にフィルターを設けていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５ー１０４７３８号公報（図５、第４頁）
【特許文献２】
特開平６ー２３９７９号公報（図２、第２頁及び第３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インク圧力室の上流側にフィルターを設けた場合、インクジェットヘッド製造時に、インクジェットヘッド内のインク圧力室に異物が入り込むと、異物がインク圧力室の下流側に流れてノズルに詰まるおそれがある。その場合、製品出荷の際のテスト印刷時に不良品として扱われ、インクジェットヘッドの歩留まりが低下するという問題があった。
そこで、本発明は、上述した問題を解決するべく、インクジェットヘッド内のインク圧力室に異物が入り込んでも、異物がインク圧力室の下流側のノズルに詰まるおそれが少ない優れたインクジェットヘッドを提供することを目的する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に係る発明によれば、インクを吐出するノズルと、前記ノズルに直結するインク流路と、前記インク流路に繋がるインク圧力室とを備えるインクジェットヘッドにおいて、前記インク流路に、異物を除去するフィルタを設けたことを特徴とする。
請求項１に記載のインクジェットヘッドによれば、インク圧力室の下流のインク流路に、異物を除去するフィルタを設けたので、インクジェットヘッド内のインク圧力室に異物が入り込んでも、フィルタが異物を除去するため、異物がインク圧力室の下流側のノズルに詰まるおそれが少ない。また、インク圧力室の下流のインク流路に、フィルターを設けたので、ノズル部でのメニスカス破壊による流路内のエア侵入をフィルターで止めることができ、パージによって排出するインク量を少なくすることができる。
【０００６】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記インク流路及び前記インク圧力室は、複数のプレートによって構成され、前記インク流路を構成するプレートにおける前記インク流路の面積は、前記インク圧力室を構成するプレートにおける前記インク圧力室の面積より小さく形成されていることを特徴とする。
請求項２に記載のインクジェットヘッドによれば、インク流路を構成するプレート及びインク圧力室を構成するプレートを用いてインクジェットヘッドを構成する場合、組立工程中に開口面積の広いインク圧力室に異物が混入しても、インク圧力室の下流のインク流路にフィルタを設けたため異物を除去することができ、また、インク流路の面積は小さいので、開口面積の広いインク圧力室を設ける場合と比較して、インク流路の組立中にノズルを閉塞させる異物が入り込む可能性が少なくなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るインクジェットヘッドにつき具体化した実施形態に基づいて図面参照しつつ詳細に説明する。図１は、本実施の形態のインクジェットヘッド１を分解して示す斜視図である。図２は、本実施の形態のインクジェットヘッド１を構成する積層体の一部を拡大して示す分解斜視図である。図３は、本実施の形態のインクジェットヘッド１を構成する積層体の一部を拡大して示す断面図である。図４は、本実施の形態のインクジェットヘッド１のインク流路を説明するため概念的に示す拡大斜視図である。
図５は、本実施の形態のインクジェットヘッド１の積層した第一、第二、第三マニホールドプレート１１、１２、１３を第三マニホールドプレート１３側から見た平面図である。図６は、第一、第二、第三マニホールドプレート１１、１２、１３を分解して示す拡大斜視図である。図７は、積層した第一、第二、第三マニホールドプレート１１、１２、１３の一部を拡大して示す斜視図である。図８は、本実施の形態のインク圧力室１７ａを拡大して示す平面図である。図９は、本実施の形態のフィルタプレート９のフィルタ９ａを拡大して示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【０００８】
最初に、図１及び図２を参照して、ヘッド本体７について説明する。ヘッド本体７は、略長方形の金属板の板材を１０枚積層した１０層構造になっている。具体的には、ヘッド本体７は、下層から、ノズルプレート８、フィルタプレート９、カバープレート１０、第一マニホールドプレート１１、第二マニホールドプレート１２、第三マニホールドプレート１３、サプライプレート１４、アパーチャプレート１５、ベースプレート１６及びキャビティプレート１７の９枚の薄い金属板を積層した構造となっている。これら１０枚の薄い金属板は、接着材により相互に張り付けられる。
キャビティプレート１７の上方には、図１に示す台形形状の４個の圧電素子ユニット１８が接着材により張り付けられている。各圧電素子ユニット１８には、４個のフレキシブルプリント基板１９の先端部が固着される。尚、これらフレキシブルプリント基板１９には、図示しない駆動用集積回路（駆動用ＩＣ）を搭載している。４個の圧電素子ユニット１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）は、ヘッド本体８の長手方向を第１乃至第４の印字領域に分割して割り当てるためのものである。
【０００９】
ノズルプレート８には、図２及び図３に示すように、微小径のインク噴出用のノズル８ａが、多数個穿設されている。ノズル８ａのピッチ間隔は、６００（ｄｐｉ）程度の印刷密度に対応する基本ピッチで形成されている。ノズルプレート８のノズル８ａは、ノズルプレート８をエッチングすることにより安価且つ容易に形成される。
【００１０】
フィルタプレート９には、図２、図５及び図９に示すように、前記ノズル８ａに連通した微小径の異物除去用のフィルタ９ａが、複数個（４個）設けられている。フィルタプレート９のフィルタ９ａは、フィルタプレート９をエッチングすることにより安価且つ容易に形成される。フィルタ９ａのインクを貫通させる貫通部９ａ１は１５ミクロン程度であって、ノズルの大きさは２０ミクロン程度であり、ノズルの詰まりを防止することができる。
また、カバープレート１０には、前記フィルタ９ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１０ａが多数穿設されている。カバープレート１０の貫通孔１０ａはカバープレート１０をエッチングすることにより安価且つ容易に形成される。
【００１１】
また、第一マニホールドプレート１１には、前記貫通孔１０ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１１ａが多数穿設されている。また、第一マニホールドプレート１１には、インクを供給する第一マニホールド流路１１ｂが第１乃至第４の印字領域毎に長手方向に４本形成されており、２本の第一マニホールド流路１１ｂで囲まれるところには、第一島部１１ｃが形成され、第一島部１１ｃを支持する第一連結部１１ｄが設けられている。第一マニホールドプレート１１の貫通孔１１ａ及びマニホールド流路１１ｂは、第一マニホールドプレート１１をフルエッチングすることにより、第一連結部１１ｄはハーフエッチングにより、安価且つ容易に形成される。ハーフエッチングとは、プレートの積層方向にプレートの一部を残すようにエッチングすることをいう。第一連結部１１ｄはハーフエッチングに形成されるため、薄くなって第一連結部１１ｄ以外の厚さ方向の流路が確保される。
【００１２】
また、第二マニホールドプレート１２には、前記貫通孔１１ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１２ａが多数穿設されている。また、第二マニホールドプレート１２における上記第二マニホールド流路１１ｂと対応する位置には、第二マニホールド流路１２ｂが形成されている。第二マニホールド流路１２ｂは、第１乃至第４の印字領域毎に長手方向に４本形成されており、２本の第二マニホールド流路１２ｂで囲まれるところには、第二島部１２ｃが形成され、島部１２ｃを支持する第二連結部１２ｄが設けられている。第二マニホールドプレート１２の貫通孔１２ａ及びマニホールド流路１２ｂは、第二マニホールドプレート１２をフルエッチングすることにより、第二連結部１２ｄはハーフエッチングにより、安価且つ容易に形成される。第二連結部１２ｄはハーフエッチングに形成されるため、薄くなって第二連結部１２ｄ以外の厚さ方向の流路が確保される。
【００１３】
また、第三マニホールドプレート１３には、前記貫通孔１２ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１３ａが多数穿設されている。また、第三マニホールドプレート１３における上記マニホールド流路１２ｂと対応する位置には、第三マニホールド流路１３ｂが形成されている。第三マニホールド流路１３ｂは、第１乃至第４の印字領域毎に長手方向に４本形成されており、２本のマニホールド流路１３ｂで囲まれるところには、第三島部１３ｃが形成され、第三島部１３ｃを支持する第三連結部１３ｄが設けられている。第三マニホールドプレート１３の貫通孔１３ａ及びマニホールド流路１３ｂは、第三マニホールドプレート１３をフルエッチングすることにより、第三連結部１３ｄはハーフエッチングにより、安価且つ容易に形成される。第三連結部１３ｄはハーフエッチングに形成されるため、薄くなって第三連結部１３ｄ以外の厚さ方向の流路が確保される。
【００１４】
第一、第二、第三マニホールドプレート１１、１２、１３が積層されると、図５に示すように、第一マニホールド流路１１ｂ、第二マニホールド流路１２ｂ及び第三マニホールド流路１３ｂから構成されるマニホールド流路ＭＮ２（マニホールド流路１１ｂ、１２ｂ、１３ｂを総称していう）を形成するが、所定量のインクを確保するため、マニホールド流路ＭＮ２は、所定の深さ及び幅となるように形成される。閉ループ状のマニホールド流路ＭＮ２で囲まれる第一島部１１ｃ、第二島部１２ｃ及び第三島部１３ｃは、同一の形状であって、所定の厚さの島部ＭＮ３となる。マニホールド流路ＭＮ２の両端部には、インクが導入されるマニホールド口ＭＮ１が形成される。
【００１５】
第一連結部１１ｄ、第二連結部１２ｄ及び第三連結部１３ｄからなる連結部ＭＮ４は、第一、第二、第三マニホールドプレート１１、１２、１３において積層方向の一部に流路を形成するようにハーフエッチングにより形成され、第一、第二、第三マニホールドプレート１１、１２、１３毎に異なる位置に配置されている。このように第一連結部１１ｄ、第二連結部１２ｄ及び第三連結部１３ｄの位置が、第一、第二、第三マニホールドプレート１１、１２、１３毎にプレートの積層方向に異なるので、積層方向に同じ位置にある場合に比べて、マニホールドにおけるインク流路の流路抵抗は小さくなる。
【００１６】
また、サプライプレート１４には、前記貫通孔１３ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１４ａが多数穿設されている。また、サプライプレート１４には、上記マニホールド流路１３ｂと対応する位置に、貫通孔１４ｂが形成されている。サプライプレート１４の貫通孔１４ａ、及び貫通孔１４ｂは、サプライプレート１４をエッチングすることにより安価且つ容易に形成される。
【００１７】
また、アパーチャプレート１５には、貫通孔１４ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１５ａが多数穿設されている。また、アパーチャプレート１５には、貫通孔１４ｂに対応する位置に貫通孔１５ｂが形成されている。このアパーチャプレート１５の貫通孔１５ｂは、流路抵抗を大きくするためのしぼり流路１５ｃと連通し、しぼり流路１５ｃの貫通孔１５ｂの反対側には、貫通孔１５ｄが形成されている。
アパーチャプレート１５の貫通孔１５ａ、貫通孔１５ｂ、及びしぼり流路１５ｃ、貫通孔１５ｄは、アパーチャプレート１５をエッチングすることにより安価且つ容易に形成される。
【００１８】
また、ベースプレート１６には、前記貫通孔１５ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１６ａが複数形成されている。ベースプレート１６には、しぼり流路１５ｃからインクを供給するため、貫通孔１５ｄと対応する位置に貫通孔１６ｂが複数形成されている。また、ベースプレート１６の貫通孔１６ａ、及び貫通孔１６ｂは、ベースプレート１６をエッチングすることにより安価且つ容易に形成される。
【００１９】
さらに、キャビティプレート１７には、図４に示すように、インク圧力室１７ａが縦横に多数配列され、インク圧力室１７ａの一方の鋭角部１７ａ１は、インク圧力室１７ａにインクを供給するため、貫通孔１６ｂと連設し、また、インク圧力室１７ａの他方の鋭角部１７ａ２は、前記ノズル９ａにインクを送り出すための、貫通孔１６ａと連設している。この場合、縦横に多数配置されるインク圧力室１７ａの鋭角部１７ａ１、１７ａ２を、隣接するインク圧力室１７ａ間に入り込ませて配置するので、ほぼ菱形のインク圧力室１７ａを高密度に配列することができる。キャビティプレート１７には、フィルタ孔１６ｃに対応する位置に、インク供給源（図示せず）からインクを導入するインク導入口１７ｂが形成されている（図１参照）。キャビティプレート１７のインク圧力室１７ａ及びインク導入口１７ｂは、キャビティプレート１７をエッチングすることにより安価且つ容易に形成される。
【００２０】
キャビティプレート１７の上方には、図１に示す台形形状の圧電素子ユニット１８が接着材により張り付けられるが、圧電素子ユニット１は４枚の圧電シート（図示せず）が積層され、最上層に表面電極が形成され、４枚の圧電シートの内の第１層及び第２層間、第３層及び第４層間に内部電極が形成されている。そして、圧電素子ユニット１８に設けられる複数の圧電素子単位構造１８ａ（図２参照）は、インクの圧力室１７ａの形状と対応している（図８参照）。
【００２１】
この場合、圧電素子単位構造１８ａの上面には、表面電極である駆動電極１８ｂが形成されており、インク圧力室１７ａの形状に比べて少し小さくなっている。そして、フレキシブルプリント基板１９から圧電素子単位構造１８ａの駆動電極１８ｂに駆動信号を送出すると、１個の圧電素子単位構造１８ａは、１個のインク圧力室１７ａと対応することにより、インク圧力室１７ａ内のインクに噴射圧力を与えることができる。
【００２２】
そして、ヘッド本体８においては、図１、図３及び図４に示すように、圧電素子単位構造１８ａの配設位置に対応して形成された複数のインク圧力室１７ａにインクを供給するべく、インク供給源よりインク導入口１７ｂ、１６ｃ、１５ｅ、１４ｃを介して供給されたインクは、マニホールドＭＮ、貫通孔１４ｂ、貫通孔１５ｂ、しぼり流路１５ｃ、貫通孔１５ｄ及び貫通孔１６ｂを経て、インク圧力室１７ａに供給される。そして、圧電素子単位構造１８ａにフレキシブルプリント基板１９を介して駆動電圧が印加されると、圧電素子単位構造１８ａが変形して、インク圧力室１７ａ内のインクは、貫通孔１６ａ、１５ａ、１４ａ、１３ａ、１２ａ、１１ａ、１０ａを経て、ノズル９ａから噴射され、そのインクでもって印刷媒体に印刷可能となる。
【００２３】
このようにインクジェットヘッド１は、ノズルプレート８、フィルタプレート９、カバープレート１０、第一マニホールドプレート１１、第二マニホールドプレート１２、第三マニホールドプレート１３、サプライプレート１４、アパーチャプレート１５、ベースプレート１６及びキャビティプレート１７の複数のプレートによって構成されており、貫通孔１６ａ、１５ａ、１４ａ、１３ａ、１２ａ、１１ａ、１０ａ及びフィルタ９ａはインクが流れるインク流路を構成し、貫通孔１６ａ、１５ａ、１４ａ、１３ａ、１２ａ、１１ａ、１０ａ及びフィルタ９ａのそれぞれは同程度の面積を有している。
インク流路を構成する貫通孔１６ａ、１５ａ、１４ａ、１３ａ、１２ａ、１１ａ、１０ａ及びフィルタ９ａのインク流路の面積は、図３及び図４に示すように、インク圧力室１７ａを構成するキャビティプレート１７におけるインク圧力室１７ａの面積より小さく形成されている。それにより、インク圧力室１７ａから異物が混入しても、インク圧力室１７ａの下流のフィルタプレート９にフィルタ９ａを設けたため、フィルタ９ａは異物を除去することができる。この場合、貫通孔１６ａ、１５ａ、１４ａ、１３ａ、１２ａ、１１ａ、１０ａ及びフィルタ９ａのインク流路の面積は小さいので、開口面積の広いインク圧力室を設ける場合と比較して、インク流路の組立中にノズルを閉塞させる異物が入り込む可能性が少なくなる。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態による発明によれば、インクを吐出するノズル８ａと、前記ノズル８ａに直結するインク流路を構成する貫通孔１０ａ〜１６ａと、前記インク流路を構成する貫通孔１６ａに繋がるインク圧力室１７ａとを備えるインクジェットヘッド１において、前記インク圧力室１７ａの下流側の貫通孔１０ａとノズル８ａとの間に、異物を除去するフィルタ９ａを設けたので、インクジェットヘッド１内のインク圧力室１７ａに異物が入り込んでも、フィルタ９ａが異物を除去するため、異物がインク圧力室１７ａの下流側のノズルに詰まるおそれが少ない。また、インク圧力室１７ａの下流のインク流路に、フィルタ９ａを設けたので、ノズル８ａのメニスカス破壊による流路内のエア侵入をフィルタ９ａで止めることができ、パージによって排出するインク量を少なくすることができる。
また、本発明の実施の形態は上述した例に限らず、様々な形態に応用が可能である。例えば、実施の形態ではプレートを積層する構成としたが、この構成に限らず、一体型のインクジェットヘッドなどにも適用可能である。また、インクジェットヘッド内の異物を除去するフィルタは、インク圧力室の下流側であれば、必ずしもノズルの直前である必要はなく、その他の場所に設置することもできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した通り、請求項１に係るインクジェットヘッドによれば、インクを吐出するノズルと、前記ノズルに直結するインク流路と、前記インク流路に繋がるインク圧力室とを備えるインクジェットヘッドにおいて、前記インク流路に、異物を除去するフィルタを設けたので、インクジェットヘッド内のインク圧力室に異物が入り込んでも、フィルタが異物を除去するため、異物がインク圧力室の下流側のノズルに詰まるおそれが少なく、また、インク圧力室の下流のインク流路に、フィルタを設けたので、ノズル部でのメニスカス破壊による流路内のエア侵入をフィルタで止めることができ、パージによって排出するインク量を少なくすることができる。
【００２６】
また、請求項２に係るインクジェットヘッドによれば、前記インク流路及び前記インク圧力室は、複数のプレートによって構成され、前記インク流路を構成するプレートにおける前記インク流路の面積は、前記インク圧力室を構成するプレートにおける前記インク圧力室の面積より小さく形成されているので、インク圧力室から異物が混入しても、インク圧力室の下流のインク流路にフィルタを設けたため異物を除去することができ、また、前記インク流路の面積は小さいので、開口面積の広いインク圧力室を設ける場合と比較して、インク流路の組立中にノズルを閉塞させる異物が入り込む可能性が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
【図２】本実施の形態のインクジェットヘッドを構成する積層体の一部を拡大して示す分解斜視図である。
【図３】本実施の形態のインクジェットヘッドを構成する積層体の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】本実施の形態のインクジェットヘッドのインク流路を説明するため概念的に示す拡大斜視図である。
【図５】本実施の形態のインクジェットヘッドの積層した第一、第二、第三マニホールドプレートを第三マニホールドプレート側から見た平面図である。
【図６】本実施の形態のインクジェットヘッドの第一、第二、第三マニホールドプレートを分解して示す拡大斜視図である。
【図７】本実施の形態のインクジェットヘッドの積層した第一、第二、第三マニホールドプレートの一部を拡大して示す斜視図である。
【図８】本実施の形態のインク圧力室を拡大して示す平面図である。
【図９】本実施の形態のフィルタプレートに形成されたフィルタを拡大して示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　インクジェットヘッド
８　　　　　　　　ノズルプレート
９　　　　　　　　フィルタプレート
９ａ　　　　　　　　　　　　　　インク流路
９ａ１　　　　　　　　　　　　貫通部
９ｂ　　　　　　　　　　　　　　フィルタ
１０　　　　　　　カバープレート
１１　　　　　　　第１マニホールドプレート
１２　　　　　　　第２マニホールドプレート
１３　　　　　　　第３マニホールドプレート
１４　　　　　　　サプライプレート
１５　　　　　　　アパーチャプレート
１６　　　　　　　ベースプレート
１７　　　　　　　キャビティプレート
１７ａ　　　　　　インク圧力室
１８　　　　　　　圧電素子ユニット

Claims (2)

1. インクを吐出するノズルと、前記ノズルに直結するインク流路と、前記インク流路に繋がるインク圧力室とを備えるインクジェットヘッドにおいて、
   前記インク流路に、異物を除去するフィルタを設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記インク流路及び前記インク圧力室は、複数のプレートによって構成され、
   前記インク流路を構成するプレートにおける前記インク流路の面積は、前記インク圧力室を構成するプレートにおける前記インク圧力室の面積より小さく形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。

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