JP4548376B2

JP4548376B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP4548376B2
Application number: JP2006096355A
Authority: JP
Inventors: 忠信近本; 比呂志平; 芳朗喜多
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: EP1839867A2; JP2007268829A; US20070229634A1; CN101045379A; US7891797B2; EP1839867A3; CN100546831C; EP1839867B1

Description

本発明は、記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

特許文献１には、ノズルから用紙に対してインクを吐出するインクジェットヘッドを含んだインクジェットプリンタについて記載されている。このインクジェットプリンタにおいて、インクジェットヘッドは、４つのアクチュエータユニット及び各アクチュエータユニットと対向する領域にマニホールドから圧力室を介してノズルに至る複数の個別インク流路が形成された流路ユニットを有するヘッド本体と、マニホールドに供給するためのインクを貯溜するリザーバユニットとを含んでいる。そして、各アクチュエータユニットが、個別インク流路の圧力室の容積を選択的に変化させることで、圧力室内のインクに吐出エネルギーが付与される。これに伴って当該圧力室に連通するノズルからインクが吐出され、所望解像度の画像が用紙に印字される。このとき、ノズルから吐出されたインク量に応じてマニホールド内のインクが個別インク流路に流れ込み、マニホールドにリザーバユニット内のインクが流れ込む。

特開２００５−１６９８３９号公報

上述した特許文献１に記載のインクジェットプリンタのインクジェットヘッドにおいては、アクチュエータユニットにより圧力室の容積を変化させて圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与し、ノズルからインクを吐出させている。その際、当該圧力室のインクに付与された圧力が、マニホールド及びリザーバユニットのインク流路内のインクに伝播する。マニホールド及びリザーバユニットのインク流路は、複数の圧力室と連通しているので、振動が他の圧力室内のインクにも伝播する。いわゆる流体的クロストークが生じる。この流体的クロストークにより、他の圧力室に圧力変動が生じた場合には、その圧力変動が生じた圧力室におけるインク吐出速度や液滴量等のインクの吐出特性が変化するため、印字品質が低下してしまう。

そこで、本発明の目的は、インク流路内のインクの振動を減衰させることが可能なインクジェットヘッドを提供することである。

本発明のインクジェットヘッドは、第１方向に向かって開口したインクが流入する第１開口、前記第１方向とは反対の第２方向に向かって開口したインクが流出する第２開口、及び、前記第１開口と前記第２開口との間において前記第２開口と同じ方向に開口した第３開口を有しており、前記第１開口から前記第２開口に至る第１インク流路を画定する第１流路構成部材と、前記第１インク流路に沿って前記第２開口と前記第３開口との間において前記第１方向と略直交する方向に延在するように前記第１流路構成部材に取り付けられており、前記第１インク流路を通過するインクを濾過するフィルタと、前記第１方向と略直交する方向に延在するように前記第１流路構成部材に固着されて前記第１インク流路を前記第３開口において封止しており、前記第１流路構成部材と共に前記第１インク流路の一部を画定する可撓性の第１フィルムと、前記第２開口を介して前記第１インク流路に接続された第２インク流路を画定する第２流路構成部材とを備えている。そして、前記第１流路構成部材には、前記第１インク流路に沿って前記フィルタと前記第２開口との間において前記第１開口と同じ方向に開口しており且つ前記第３開口よりも開口面積が小さい第４開口が形成されており、前記第１方向と略直交する方向に延在するように前記第１流路構成部材に固着されて前記第１インク流路を前記第４開口において封止しており、前記第１流路構成部材と共に前記第１インク流路の一部を画定する可撓性の第２フィルムをさらに備えている。

これにより、第１インク流路の一部が第１フィルムによって画定されているので、第１インク流路内のインクに圧力が伝わったときに第１フィルムが撓む。そのため、圧力によるインクの振動を減衰させることができる。したがって、流体的クロストークが抑制されインク吐出特性が安定する。また、第１流路構成部材に第４開口を形成することで、第１流路構成部材の第１インク流路の形成が容易になる。また、第４開口の開口面積が第３開口よりも小さいので、第１インク流路内に正圧が加わっても第２フィルムが第１インク流路の外側に向かって凸となるように撓みにくくなる。そのため、第１流路構成部材の第２流路構成部材とは反対側に基板などを隣接配置することが可能になり、ヘッドの小型化に寄与する。

本発明において、前記第３開口が平面視において前記フィルタを包含しており、且つ、前記第３開口から前記フィルタに至るまでの前記第１インク流路が前記第１方向に延びていることが好ましい。これにより、第３開口を介してフィルタを第１流路構成部材に取り付けやすくなる。

また、本発明において、前記第３開口が、前記第２方向に向かって突出した環状突起の端部によって画定されていることが好ましい。これにより、第１フィルムを第１流路構成部材に固着しやすくなる。

また、このとき、前記第４開口が、前記第１方向に向かって突出した環状突起の端部によって画定されていてもよい。これにより、第２フィルムを第１流路構成部材に固着しやすくなる。

また、このとき、前記環状突起の端部が先細り形状に形成されていてもよい。これにより、環状突起の端部が溶融しやすくなるので、第１フィルム及び第２フィルムの少なくともいずれかを第１流路構成部材に容易に溶着することができる。

また、このとき、前記第２フィルムの厚み及び幅が、前記第１インク流路内のインクに圧力が付与されていない状態における前記第２フィルムから前記第１インク流路内のインクに２００ｋＰａの圧力が付与された状態における前記第２フィルムの頂点までの前記第２フィルムの厚み方向に関する距離が０．５ｍｍ以下となるようなサイズに形成されていてもよい。これにより、第１インク流路内にインクを初期導入した際に、第１インク流路に２００ｋＰａの正圧が加わっても第２フィルムの撓み量が０．５ｍｍ以下となる。そのため、第１流路構成部材の第２流路構成部材とは反対側に基板などを隣接配置することが可能になり、ヘッドの小型化により一層寄与する。

また、このとき、前記第１方向に関して前記第２流路構成部材との間に前記第１流路構成部材を挟む位置に配置された、電子部品が実装された基板をさらに備えていてもよい。これにより、ヘッドの小型化を実現できる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの外観斜視図である。図１に示すように、インクジェットヘッド１は、主走査方向に長尺な形状であって、下から順に、用紙に対向するヘッド本体２と、インクを一時的に貯溜するリザーバユニット３と、コネクタ５ａ及びコンデンサ５ｂなどの電子部品が実装された基板４とを有している。ヘッド本体２の上面には、給電部材であるＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）６が４つ貼り付けられており、ヘッド本体２とリザーバユニット３との間から上方に引き出されている。ＦＰＣ６は、一端において後述するアクチュエータユニット２１と接続され、他端において基板４のコネクタ５ａと接続されている。また、ＦＰＣ６には、アクチュエータユニット２１から基板４に至る途中でドライバＩＣ７が実装されている。つまり、ＦＰＣ６は、基板４とドライバＩＣ７と電気的に接続されており、基板４から出力された画像信号をドライバＩＣ７に伝達し、ドライバＩＣ７から出力された駆動信号をアクチュエータユニット２１に供給する。

図２は、図１に示すインクジェットヘッドの断面図である。図３は、図１に示すリザーバユニットの分解平面図である。図４は、図２に示す流路構成部材を斜め下方から見たときの斜視図である。図５は、図２に示す流路構成部材を斜め上方から見たときの斜視図である。なお、図２では説明の都合上、鉛直方向の縮尺を拡大し、且つ、同一線に沿った断面では通常描かれないリザーバユニット３内のインク流路をも適宜に示している。また、図３（ａ）、（ｂ）はリザーバユニット３の一部を構成する流路構成部材１１であって、（ａ）は上方から見た図であり、（ｂ）は下方から見た図である。また、図３〜図５には、流路構成部材の構造を分かり易くするために、後述するフィルム４１，４２及びフィルタ３７を省略して描いている。

リザーバユニット３は、インクを一時的に貯溜し且つヘッド本体２に含まれる流路ユニット９にインクを供給するものである。リザーバユニット３は、図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、主走査方向に長尺な流路構成部材１１と、主走査方向に長尺な矩形状の平面を有する３枚のプレート１２〜１４とが積層された積層構造を有している。これらのうち３枚のプレート１２〜１４が、例えば、ステンレス鋼等の金属プレートである。

最上層の流路構成部材１１は、例えば、ポリアセタール樹脂やポリプロピレン樹脂のような合成樹脂から形成されており、図２及び図３（ａ）に示すように、流路構成部材１１の長手方向（主走査方向）一端近傍にインク流入孔３１、長手方向中央近傍に連通口３２及び連通孔３３が形成されている。流路構成部材１１の表面１１ａには、インク流入孔３１の入口（第１開口）３１ａの周囲近傍から入口３１ａを取り囲みつつ上方（第１方向）に向かって突出した筒状のジョイント部３０が形成されている。ジョイント部３０には、一方の端部にインクタンク（不図示）が接続されたインク供給チューブ（不図示）の他方の端部に繋がれた接続部材が接続される。こうして、ジョイント部３０を介してインク流入孔３１にインクタンクからのインクが供給される。また、表面１１ａには、表面１１ａから上方に突出した複数のリブ２８ａ，２８ｂが形成されている。リブ２８ａは主走査方向に延在しており、リブ２８ｂは副走査方向に延在している。そして、これらリブ２８ａ，２８ｂは、平面視において、複数の四角形状が画定されるように互いに連結されている。こうして、流路構成部材１１の剛性が高められている。

また、表面１１ａには、図３（ａ）及び図５に示すように、環状突起３８が形成されており、連通口３２及び連通孔３３を取り囲みつつ表面１１ａから上方（第１方向）に突出している。環状突起３８のインク流入孔３１側の端部は、凹部３６の底部３６ａと一体化している。環状突起３８の平面形状は、主走査方向に沿って延在した略楕円形状となっている。また、環状突起３８の突出方向の端部には、図５に示すように、先細り形状のテーパ部３８ａが形成されている。テーパ部３８ａは、フィルム４２越しに加熱されることで溶融し、フィルム４２と溶着される。なお、図３（ａ）中の流路構成部材１１の中央近傍にハッチングで示す領域がフィルム４２と溶着される領域である。こうして、環状領域３８の略楕円形状の開口（第４開口）３８ｂが封止される。このとき、テーパ部３８ａは先細り形状となっているので、先端を加熱すると容易に溶融する。つまり、フィルム４２越しでも、環状突起３８の先端を加熱してフィルム４２を溶着しやすく、且つ、容易に溶着させることができる。さらに、このテーパ部３８ａは、環状突起３８の先端の平面度に誤差が生じていても、溶着時にはその誤差を容易に吸収することができる。加えて、テーパ部３８ａ以外の環状壁３８が溶融されるのを防ぐことができる。

また、流路構成部材１１の副走査方向の両端であって外周側面には、図３（ａ）及び図５に示すように、リブ２８ａよりも上方に突出した引っ掛け爪２６がそれぞれ２つずつ形成されている。これら引っ掛け爪２６は、流路構成部材１１上に基板４が配置されたときに、基板４を上面から押さえ、下面側のリブ２８ａとともに保持するものである。また、表面１１ａには、ジョイント部３０近傍に形成された突起２７ａと、流路構成部材１１のジョイント部３０とは反対側の端部近傍に形成された２つの突起２７ｂ，２７ｃとが形成されている。これら突起２７ａ〜２７ｃは、基板４が流路構成部材１１上に配置されたときに、基板４に形成された貫通孔（不図示）に嵌合する。つまり、突起２７ａ〜２７ｃは流路構成部材１１と基板４との位置合わせをするためのものである。

流路構成部材１１の裏面１１ｂには、図３（ｂ）及び図４に示すように、環状突起３５が形成されており、インク流入孔３１及び連通口３２を取り囲みつつ裏面１１ｂから下方（第２方向）に突出している。環状突起３５は、裏面１１ｂを底面とし、プレート１２側に開口している。環状突起３５の平面形状は、インク流入孔３１から連通口３２まで主走査方向に延在しており、環状突起３５の中央近傍部分が流路構成部材１１の副走査方向の両端まで幅が拡大した略楕円形状となっている。また、環状突起３５の突出方向の端部には、図４に示すように、先細り形状のテーパ部３５ａが形成されている。テーパ部３５ａは、フィルム４１越しに加熱されることで溶融し、フィルム４１と溶着される。なお、図３（ｂ）中に左側のハッチングで示す領域がフィルム４１と溶着される領域である。こうして、環状突起３５の略楕円形状の開口（第３開口）３５ｂが封止される。

このとき、テーパ部３５ａは先細り形状となっているので、先端を加熱すると容易に溶融する。そのため、フィルム４１越しであっても、環状突起３５の先端を加熱してフィルム４１を溶着しやすく、且つ、容易に溶着させることができる。つまり、このテーパ部３５ａは、環状突起３５の先端の平面度に誤差が生じていても、溶着時にその誤差を容易に吸収することができる。加えて、テーパ部３５ａ以外の環状突起３５が溶融されるのを防ぐことができる。

また、裏面１１ｂの環状突起３５の内側領域には、凹部３６が形成されている。凹部３６は、図３（ｂ）に示すように、主走査方向に延在し、環状突起３５の内側領域が副走査方向に拡大し始める部分から連通口３２まで延在している。また、凹部３６の平面形状は、環状突起３５の外形形状よりも一回り小さく、相似形状となっている。さらに、この内側領域には、フィルタ３７が凹部３６を覆うように配置されている。フィルタ３７は、凹部３６の周縁近傍に固定されており、平面視において環状突起３５に取り囲まれている。すなわち、フィルタ３７は平面視において開口３５ｂに包含されている。これにより、開口３５ｂがフィルム４１で封止される前に、開口３５ｂを介してフィルタ３７を凹部３６の周縁近傍に固定しやすくなる。

また、裏面１１ｂにも、上述した複数のリブ２８ａ，２８ｂと同様なリブ２９ａ，２９ｂが形成されている。そして、これらリブ２９ａ，２９ｂによって、流路構成部材１１の剛性がさらに高められている。なお、凹部３６の底部３６ａは、図５に示すように、表面１１ａから上方に向かって突出している。

このように流路構成部材１１には、開口３５ｂを封止するフィルム４１及び開口３８ｂを封止するフィルム４２によってインク流入孔３１の入口３１ａから連通孔３３の出口（第２開口）３３ａに至るインク流路（第１インク流路）３４が形成されている。インク流路３４は、図２に示すように、入口３１ａから下方に延在し、そこからフィルタ３７と対向する領域まで延在している。つまり、インク流入孔３１は、フィルム４１からフィルタ３７に向かって延びた流路と連通している。このように、フィルム４１からフィルタ３７に向かって流路が延びていると、凹部３６を塞ぐようにフィルタ３７を固定しやすくなる。そして、フィルタ３７を介して連通口３２を通過しフィルム４２と対向する領域に連通し、連通孔３３の出口３３ａに至る。こうして、インクタンクからのインクがインク流入孔３１の入口３１ａからインク流路３４内に流通し、連通孔３３の出口３３ａから流出する。

連通孔３３の出口３３ａの周囲には、下方に向かって開口する環状溝４３が形成されている。環状溝４３内には、図２に示すように、Ｏリング４４が嵌め込まれている。また、流路構成部材１１には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、表面１１ａから裏面１１ｂまで貫通した４つの貫通孔４５〜４８が形成されている。貫通孔４５は流路構成部材１１のインク流入孔３１側の端部（角部）に形成されており、貫通孔４６は貫通孔４５に隣接した位置に形成されている。そして、貫通孔４７，４８は、連通孔３３に隣接した位置に形成されている。いずれの貫通孔４５〜４８も、後述のように、流路構成部材１１をプレート１２にネジ止めするために用いられる。

また、環状突起３８の開口３８ｂは、環状突起３５の開口３５ｂよりもその開口面積が小さくなっている。つまり、開口３８ｂを封止するフィルム４２は、開口３５ｂを封止するフィルム４１よりも小さい平面積を有している。ここで、フィルム４１，４２について詳述する。フィルム４１及びフィルム４２は、可撓性を有しつつ優れたガスバリア性を有する材質（例えば、シリカ膜（ＳｉＯｘ膜）やアルミ膜が蒸着されたＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）フィルム）から構成されており、インクジェットヘッド１の外側の気体がフィルム４１，４２を介して流路構成部材１１のインク流路３４内にほとんど侵入することができないようになっている。

フィルム４１の平面形状は、環状突起３５の平面形状、すなわち略楕円形状となっている。具体的には、主走査方向の長さａが約６５．２ｍｍ、副走査方向の長さｂが約１５．４ｍｍ、厚みｔが７０μｍとなっている。そして、このフィルム４１に２００ｋｐａの正圧（インクジェットヘッド２内へのインク初期充填時の最大圧力）をかけたとき、楕円板、外周固定、等分布荷重（２００ｋｐａ）の条件に該当する公知の式を用いて算出した撓み量ｗは約２．９９ｍｍである。実際には、フィルム４１の流路構成部材１１とは反対側、すなわち、下方には平板状のプレート（第２流路構成部材）１２が約０．５ｍｍの隙間を介して対向しているので、フィルム４１はほとんど撓むことがない。

一方、フィルム４２は、長さａが約１２．６ｍｍ、長さｂが２．４ｍｍ、厚みｔが７０μｍとなっており、２００ｋＰａの正圧がかかると、約０．００２ｍｍ撓む。これは、フィルム４２の変位を規制する部材がフィルム４２上に配置されていないからであるが、この結果からもわかるように、ほとんどフィルム４２は撓まないので、フィルム４２の撓みを規制する部材を設ける必要がない。このように２００ｋＰａの正圧がかかっても、たわみ量ｗが０．５ｍｍ以下であれば、フィルムのサイズはどのようなサイズであってもよい。すなわち、フィルムの変位点（頂点）が、インク流路３４内のインクに圧力が付与されていない状態からインク流路３４内のインクに２００ｋＰａの正圧が付与された状態までで、上下方向の距離が０．５ｍｍ以下であれば、フィルムの長さａ，ｂ及び厚さｔの値はどのようなものであってもよい。なお、フィルム４２のたわみ量ｗが０．５ｍｍを超えると、その上方には基板４が配置されているので、基板４と接触してフィルム４２が損傷し、その損傷箇所から流路構成部材１１内のインクが流出してしまう虞がある。また、経時的なフィルム材の劣化により、破損する度合いが急激に高くなる。

上から二番目のプレート１２は、図２及び図３（ｃ）に示すように、他のプレート１３，１４に比べて、主走査方向（長手方向）の両側に長い。この両側の延長部分にそれぞれ貫通孔５１，５２が形成されている。これら貫通孔５１，５２は、ネジによってプリンタ本体にインクジェットヘッド１を固定するときに使用されるものである。また、プレート１２には、中央に貫通孔５３が形成されており、貫通孔５１，５２からやや中央よりに位置決め孔５４，５５が形成されている。また、プレート１２には、４つのネジ穴５６〜５９が形成されている。

ネジ穴５６，５７は、プレート１２の中央部に形成されており、ネジ穴５８，５９はプレート１２の図３（ｃ）中左側端部近傍に形成されている。４つのネジ穴５６〜５９は、上述した流路構成部材１１の４つの貫通孔４５〜４８に対応して形成されている。貫通孔４５〜４８にネジを通し、それらネジを４つのネジ穴５６〜５９にねじ込むことで流路構成部材１１とプレート１２とが固定される。このとき、プレート１２の貫通孔５３と連通孔３３とが対向して互いに連通する。つまり、貫通孔５３がプレート１２におけるインク流路（第２インク流路）６０となる。出口３３ｂを囲む環状溝４３内には、Ｏリング４４が嵌め込まれているこので、出口３３ｂから流路構成部材１１とプレート１２との間にインクが漏れ出さない。また、貫通孔４６を通すネジ２５は、図１に示すように、基板４に形成された貫通孔（図示せず）にも通されており、基板４と流路構成部材１１とを固定するとともに、流路構成部材１１とプレート１２とを固定している。

上から三番目のプレート１３には、図２及び図３（ｄ）に示すように、貫通孔８１が形成されている。貫通孔８１は、主流路８２及び主流路８２に連通する１０個の支流路８３を含むリザーバ流路８５を形成している。リザーバ流路８５の平面形状は、プレート１３の中央に関して点対称となっている。主流路８２は、プレート１３の長手方向に延在しており、その中央がプレート１２の貫通孔５３に対応している。また、主流路８２の両端部から、それぞれ５つの支流路８３が分岐している。支流路８３は、主流路８２よりも流路幅が狭い。なお、支流路８３はどれも同じ流路幅、流路長となっており、各支流路８３間での流路抵抗がほぼ同じ値となっている。また、プレート１３には、プレート１２に形成された位置決め孔５４，５５に対応した位置決め孔６４，６５と、プレート１４との位置決め孔６１，６２とが形成されている。

上から四番目のプレート１４には、図２及び図３（ｅ）に示すように、各支流路８３の先端部と対向する位置にインク排出孔８８がそれぞれ形成されている。各インク排出孔８８は、楕円状の平面形状を有している。プレート１４の下面においては、インク排出孔８８の周縁部分（図中破線で囲んだ部分）が下方に突出した突出部８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄとして形成されている。本実施形態では、突出部８９ａ〜８９ｄもインク排出孔８８もエッチング法により形成されている。このうち、突出部８９ａ〜８９ｄは、プレート１４の下面をハーフエッチングによって凹部を形成したときの島状残存部である。このように、突出部８９ａ〜８９ｄは、プレート１４と一体化したものとなるので、突出部８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄを別部材で構成する必要がなくなる。そのため、リザーバユニット３が作りやすくなる。

突出部８９ａ，８９ｄには、プレート１４の長手方向の端部側に形成された３つのインク排出孔８８がそれぞれ形成されている。突出部８９ｂ，８９ｃには、プレート１４の副走査方向の端部側であってプレート１４の中央付近に形成された２つのインク排出孔８８がそれぞれ形成されている。突出部８９ａと突出部８９ｄ、及び、突出部８９ｂと突出部８９ｃはそれぞれ同一平面形状を有しており、プレート１４の中央を中心とした点対称に配置されている。

これら突出部８９ａ〜８９ｄの先端面（プレート１４の下面）９０ａ〜９０ｄが、流路ユニット９の上面９ａ及びその上面９ａに配置された図示しないフィルタと固定される。そのため、突出部８９ａ〜８９ｄ以外は流路ユニット９から離隔しており、その離隔することで形成された空間からＦＰＣ６が引き出されている。また、プレート１４には、プレート１３に形成された４つの位置決め孔６１，６２，６４，６５に対応した４つの位置決め孔７１，７２，７４，７５が形成されている。

これら３枚のプレート１２〜１４は、それぞれに形成された位置決め孔５４，５５，６１，６２，６４，６５，７１，７２，７４，７５に図示しない位置決めピンが挿入されることで位置決めされる。そして、互いに接着剤で固定される。こうして、流路構成部材１１及び３枚のプレート１２〜１４が積層されたリザーバユニット３が構成される。

次に、インクが供給されたときにおけるリザーバユニット３内でのインクの流れについて説明する。なお、図２中黒塗り矢印がリザーバユニット３内でのインクの流れを示している。

図２中黒塗り矢印で示すように、ジョイント部３０を介してインク流入孔３１の入口３１ａから流路構成部材１１内に流入したインクは、フィルム４１に沿って水平に流れる。そして、インクはフィルタ３７と対向する領域からフィルタ３７に向かって上昇し連通口３２を通過する。このとき、インクはフィルタ３７の下方位置からフィルタ３７を通過して上方位置に流れるため、インク中の異物がフィルタ３７で捕獲される。インクの流れが止まったときには、捕獲された異物の一部がフィルタ３７から離脱しフィルム４１側に離れる。そのため、フィルタ３７が異物で目詰まりしにくい。連通口３２を通過したインクは、フィルム４２に沿って水平に流れ連通孔３３に達すると下方に向かって流れる。そして、連通孔３３の出口３３ａから流出したインクが、貫通孔５３を通ってリザーバ流路８５に落とし込まれる。その後、インクは、図３（ｄ）の矢印で示すように、主流路８２の中央からその長手方向両端（主走査方向両端）に向かって流れるインクの流れを形成する。主流路８２の長手方向両端に到達したインクは、各支流路８３に分岐して流れ込む。各支流路８３に流れ込んだインクは、インク排出孔８８及びフィルタ（不図示）を通過して流路ユニット９の上面９ａに形成されたインク供給口１０１（図６参照）に流入する。なお、流路ユニット９内に流入したインクは、後述するように、マニホールド流路１０５に連通する複数の個別インク流路１３２に分配される。さらに、各個別インク流路１３２の終端であるノズル１０８に至り外部へと吐出される。このように、リザーバユニット３内には、インク流路３４及びリザーバ流路８５というようなインク流路が形成されており、インクが一時的に貯溜されることなる。

次に、図６〜図９を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図６は、ヘッド本体２の平面図である。図７は、図６の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図７では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及びノズル１０８を実線で描いている。図８は、図７に示すVIII−VIII線に沿った部分断面図である。図９（ａ）はアクチュエータユニット２１の拡大断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）においてアクチュエータユニット２１の表面に配置された個別電極を示す平面図である。

ヘッド本体２は、図６に示すように、流路ユニット９、及び、流路ユニット９の上面９ａに固定された４つのアクチュエータユニット２１を含む。アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０に対向して設けられた複数のアクチュエータを含み、流路ユニット９に形成された圧力室１１０内のインクに吐出エネルギーを付与する機能を有する。

流路ユニット９は、リザーバユニット３のプレート１４とほぼ同じ平面形状を有する直方体形状となっている。流路ユニット９の下面には、図７及び図８に示すように多数のノズル１０８がマトリクス状に配置されたインク吐出面が形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９とアクチュエータユニット２１との固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。また、流路ユニット９の長手方向（主走査方向）両端には、位置決め孔１０２，１０３が形成されており、プレート１３，１４に形成された位置決め孔６１，６２，７１，７２と対応した位置に形成されている。これら位置決め孔６１，６２，７１，７２，１０２，１０３に位置決め用ピンを通すことで、流路ユニット９とリザーバユニット３の位置決めが行われる。

流路ユニット９は、図８に示すように、上から順に、キャビティプレート１２２、ベースプレート１２３、アパーチャプレート１２４、サプライプレート１２５、マニホールドプレート１２６、１２７、１２８、カバープレート１２９、及び、ノズルプレート１３０、という９枚のステンレス鋼等の金属プレートから構成されている。これらプレート１２２〜１３０は、主走査方向に長尺な矩形状の平面を有する。

キャビティプレート１２２には、インク供給口１０１（図６参照）に対応する貫通孔、及び、圧力室１１０に対応する略菱形の貫通孔が多数形成されている。ベースプレート１２３には、各圧力室１１０について圧力室１１０とアパーチャ１１２との連絡孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口１０１とマニホールド流路１０５との連絡孔が形成されている。アパーチャプレート１２４には、各圧力室１１０についてアパーチャ１１２となる貫通孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口１０１とマニホールド流路１０５との連絡孔が形成されている。サプライプレート１２５には、各圧力室１１０についてアパーチャ１１２と副マニホールド流路１０５ａとの連絡孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口１０１とマニホールド流路１０５との連絡孔が形成されている。マニホールドプレート１２６、１２７、１２８には、各圧力室１１０について圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔、及び、積層時に互いに連結してマニホールド流路１０５及び副マニホールド流路１０５ａとなる貫通孔が形成されている。カバープレート１２９には、各圧力室１１０について圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されている。ノズルプレート１３０には、各圧力室１１０についてノズル１０８に対応する孔が形成されている。

これら９枚のプレート１２２〜１３０は、図８に示すような個別インク流路１３２が流路ユニット９内に形成されるように位置合わせしつつ積層され且つ互いに固定されている。なお、本実施形態では、各プレート１２２〜１３０は、リザーバユニット３のプレート１２〜１４と同様に、いずれもＳＵＳ４３０製である。

図６に戻って、流路ユニット９の上面９ａには、リザーバユニット３のインク排出孔８８（図３（ｅ）参照）に対応して、計１０個のインク供給口１０１が開口している。流路ユニット９の内部には、インク供給口１０１に連通するマニホールド流路１０５及びマニホールド流路１０５から分岐した副マニホールド流路１０５ａが形成されている。各ノズル１０８に対しては、図８に示すように、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａ、そして副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を経てノズル１０８に至る個別インク流路１３２が形成されている。リザーバユニット３からインク供給口１０１を介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａに分岐され、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズル１０８に至る。

なお、本実施形態では、複数の圧力室１１０が、主走査方向に沿って、互いに等間隔に並んで１６列の圧力室列を構成している。また、各圧力室列は、それぞれを構成する圧力室１１０の数が、アクチュエータユニット２１の外形形状に対応した数となっている。後述のように、アクチュエータユニット２１は、台形状の外形形状を有しており、その長辺に対応する圧力室列から、その短辺に対応する圧力室列に向かって圧力室１０の数が少なくなっている。ノズル１０８も、圧力室１１０と同様に配置されている。

４つのアクチュエータユニット２１は、図６に示すように、それぞれ台形の平面形状を有しており、流路ユニット９の上面９ａに開口したインク供給口１０１を避けるよう千鳥状に配置されている。上述したインク吐出面は、アクチュエータユニット２１の接着領域に対応する流路ユニット９の下面側に位置する。つまり、本実施の形態では、ノズル１０８がマトリクス状に配列するインク吐出面と圧力室１１０がマトリクス状に配列する面とが、流路ユニット９の対向する一対の面を構成しており、この一対の面に挟まれるようにして複数の個別インク流路１３２が流路ユニット９内に形成されている。さらに、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は流路ユニット９の幅方向（副走査方向）に関して互いにオーバーラップしている。４つのアクチュエータユニット２１は、流路ユニット９の幅方向の中心から互いに相反する側に等距離離隔するような相対位置関係を有する。

アクチュエータユニット２１は流路ユニット９の上面９ａにおけるリザーバユニット３の下面と離隔しつつ対向する部分に固定されている。上述したように、リザーバユニット３は、突出部８９ａ〜８９ｄによって、流路ユニット９に固定されており、ちょうど突出部８９ａ〜８９ｄの突出高さだけリザーバユニット３と流路ユニット９との間には隙間が生じている。アクチュエータユニット２１は、この隙間内に配置されている。さらに、アクチュエータユニット２１上にはＦＰＣ６が固定されているが、このＦＰＣ６はリザーバユニット３の下面には接触していない。

アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる厚み略１５μｍの３枚の圧電シート１４１、１４２、１４３から構成されている（図９（ａ）参照）。圧電シート１４１〜１４３は、１つのインク吐出面に対応して形成された多数の圧力室１１０に跨って配置されている。なお、圧電性のセラミックス材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の他に、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛などを主成分とする材料を用いてもよい。

最上層の圧電シート１４１上における圧力室１１０に対向する位置には、個別電極１３５が形成され、その下側の圧電シート１４２との間には共通電極１３４が形成されている。個別電極１３５及び共通電極１３４は共に例えばＡｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなる。なお、共通電極１３４は、圧電シート１４２のほぼ全面に形成されており、略２μｍの厚さを有している。また、圧電シート１４２、１４３の間には電極が配置されていない。

個別電極１３５は略１μｍの厚みを有し、図９（ｂ）に示すように圧力室１１０と相似な略菱形の平面形状を有する。個別電極１３５における鋭角部の一方は延出され、その先端には個別電極１３５と電気的に接続された略１６０μｍの径を有する円形のランド１３６が設けられている。ランド１３６は、例えばガラスフリットを含む金からなる。ランド１３６は、図９（ａ）に示すように、個別電極１３５の延出部上であって、圧電シート１４１〜１４３の厚み方向に関してキャビティプレート１２２における圧力室１１０を画定する壁に対向する位置、即ち圧力室１１０に重ならない位置に形成され、ＦＰＣ６（図１参照）に設けられた接点と電気的に接合されている。

共通電極１３４は図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極１３４はすべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。一方、個別電極１３５は、選択的に電位を制御することができるよう、ランド１３６ごとに独立したリード線を含むＦＰＣ６を介してドライバＩＣ７に接続されている（図１参照）。アクチュエータユニット２１において、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分が、個別のアクチュエータとして働き、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれている。

ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。圧電シート１４１はその厚み方向に分極されており、個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電シート１４１に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シート１４１における電界印加部分が圧電効果により歪む活性部として働く。即ち、圧電シート１４１はその厚み方向に伸長又は収縮し、圧電横効果により平面方向に収縮又は伸長しようとする。一方、残り２枚の圧電シート１４２，１４３は、個別電極１３５と共通電極１３４とに挟まれた領域をもたない非活性層であって、自発的に変形することができない。このように電界が印加されると、圧電シート１４１と残りの２枚の圧電シート１４２，１４３との間に歪みの差が生じないことになる。

つまりアクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から離れた上側１枚の圧電シート１４１を活性部を含む層とし且つ圧力室１１０に近い下側２枚の圧電シート１４２，１４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプである。図９（ａ）に示すように、圧電シート１４１〜１４３は圧力室１１０を区画するキャビティプレート１２２の上面に固定されているため、圧電シート１４１における電界印加部分とその下方の圧電シート１４２，１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート１４１〜１４３全体が圧力室１１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室１１０の容積が低下することによって、圧力室１１０内の圧力が上昇し、圧力室１１０からノズル１０８へとインクが押し出され、ノズル１０８からインクが吐出される。その後、個別電極１３５を共通電極１３４と同じ電位に戻すと、圧電シート１４１〜１４３は元の平坦な形状になって、圧力室１１０の容積が元の容積に戻る。これに伴い、マニホールド流路１０５から圧力室１１０へとインクが導入され、再び圧力室１１０内にインクが貯溜される。こうして、用紙に所望の画像が印字される。

以上のような本実施形態によるインクジェットヘッド１によると、流路構成部材１１のインク流路３４の一部がフィルム４１によって画定されているので、ノズル１０８からのインク吐出時において圧力室１１０内のインクに付与された圧力が、個別インク流路１３２、マニホールド流路１０５及びリザーバ流路８５を介してインク流路３４内のインクに伝わったときに、フィルム４１が撓む。そのため、圧力によるインクの振動を減衰させることができる。

さらに、ノズル１０８からインクが吐出されたとき、個別インク流路１３２側にインクが流れ込むことで生じる負圧が、個別インク流路１３２、マニホールド流路１０５及びリザーバ流路８５を介してインク流路３４内のインクに加わったときも、フィルム４１が上方に撓む。このように、フィルム４１が撓むことで、インクが振動しにくくなって流路内をスムーズにインクが流れる。したがって、流体的クロストークが抑制されインク吐出特性が安定する。

また、フィルム４１が、対向するプレート１２と所定の間隙を介して開口３５ｂを封止しているので、インクの初期導入時のようにインク流路３４に比較的大きな正圧が加わるとき、フィルム４１は間隙分の適度な変形が許容されているとともに、プレート１２によって過度な変形が規制される。これによって、入力されたインクの圧力に対する減衰効果を安定して持続できるとともに、ヘッドの小型化にも寄与する。仮に、流路構成部材１１の上部に開口３５ｂ及びフィルム４１と同様な開口及びフィルムを形成すると、そのフィルムはインク初期導入時に基板４側に撓もうとする。基板４の下面は、電子部品を固定する半田などが存在するため、凹凸状になっている。そのため、フィルムと基板４の下面が接触するとフィルムが損傷する。これに対しては、フィルムと基板４との間の距離を大きくしてフィルムと基板４とが接触しないようにするか、フィルムと基板４との間にこれらの接触を防ぐための部材を配置する必要があり、ヘッドの高さが大きくなってしまう。

また、流路構成部材１１に環状突起３８が形成されており、その端部に開口３８ｂが形成されているので、連通口３２から連通孔３３までの流路が形成しやすくなる。また、開口３８ｂの開口面積が開口３５ｂよりも小さいので、上述したようにフィルム４２がほとんど撓まない。そのため、流路構成部材１１の上方に、基板４を隣接配置することが可能になり、ヘッドの小型化に寄与する。また、フィルム４２が流路構成部材１１の上方に向かって０．５ｍｍを超えて撓まないので、基板４を隣接配置することができ、ヘッドの小型化により一層寄与する。また、基板４を流路構成部材１１上に隣接配置することで、ヘッドの小型化を実現することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述した一実施形態において、流路構成部材１１に溶着されたフィルム４１は、プレート１２の上面に対して間隙を介して対向配置されているが、そのプレート１２のフィルム４１と対向する部分に凹部が形成されていてもよい。フィルム４１は、この凹部に向けて撓むことができる。この場合でも、フィルム４１は、凹部の深さに対応して変形が許容されているとともに、凹部の底面によって過度の変形が規制されている。また、環状突起３５，３８の端部にテーパ部３５ａ，３８ａが形成されていなくてもよい。また、流路構成部材１１に環状突起３５，３８が形成されていなくてもよい。さらに、開口３８ｂが形成されていなくてもよい。流路構成部材１１上に基板４が設けられていなくてもよい。この場合、開口３８ｂを封止するフィルムが上方に向かって０．５ｍｍを超えて撓むものであってもよい。

本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの外観斜視図である。図１に示すインクジェットヘッドの断面図である。図１に示すリザーバユニットの分解平面図である。図２に示す流路構成部材を斜め下方から見たときの斜視図である。図２に示す流路構成部材を斜め上方から見たときの斜視図である。ヘッド本体の平面図である。図６の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図７に示すVIII−VIII線に沿った部分断面図である。（ａ）はアクチュエータユニットの拡大断面図であり、（ｂ）は図９（ａ）においてアクチュエータユニットの表面に配置された個別電極を示す平面図である。

符号の説明

１インクジェットヘッド
４基板
５ａコネクタ
５ｂコンデンサ
１１流路構成部材（第１流路構成部材）
１２プレート（第２流路構成部材）
３１インク流入孔
３１ａ入口（第１開口）
３３連通孔
３３ａ出口（第２開口）
３４インク流路（第１インク流路）
３５環状突起
３５ｂ開口（第３開口）
３７フィルタ
３８環状突起
３８ｂ開口（第４開口）
４１フィルム（第１フィルム）
４２フィルム（第２フィルム）
５３貫通孔
６０インク流路（第２インク流路）

Claims

第１方向に向かって開口したインクが流入する第１開口、前記第１方向とは反対の第２方向に向かって開口したインクが流出する第２開口、及び、前記第１開口と前記第２開口との間において前記第２開口と同じ方向に開口した第３開口を有しており、前記第１開口から前記第２開口に至る第１インク流路を画定する第１流路構成部材と、
前記第１インク流路に沿って前記第２開口と前記第３開口との間において前記第１方向と略直交する方向に延在するように前記第１流路構成部材に取り付けられており、前記第１インク流路を通過するインクを濾過するフィルタと、
前記第１方向と略直交する方向に延在するように前記第１流路構成部材に固着されて前記第１インク流路を前記第３開口において封止しており、前記第１流路構成部材と共に前記第１インク流路の一部を画定する可撓性の第１フィルムと、
前記第２開口を介して前記第１インク流路に接続された第２インク流路を画定する第２流路構成部材とを備え、
前記第１流路構成部材には、前記第１インク流路に沿って前記フィルタと前記第２開口との間において前記第１開口と同じ方向に開口しており且つ前記第３開口よりも開口面積が小さい第４開口が形成されており、
前記第１方向と略直交する方向に延在するように前記第１流路構成部材に固着されて前記第１インク流路を前記第４開口において封止しており、前記第１流路構成部材と共に前記第１インク流路の一部を画定する可撓性の第２フィルムをさらに備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記第３開口が平面視において前記フィルタを包含しており、且つ、前記第３開口から前記フィルタに至るまでの前記第１インク流路が前記第１方向に延びてい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。
前記第３開口が、前記第２方向に向かって突出した環状突起の端部によって画定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
前記第４開口が、前記第１方向に向かって突出した環状突起の端部によって画定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記環状突起の端部が先細り形状に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のインクジェットヘッド。
前記第２フィルムの厚み及び幅が、前記第１インク流路内のインクに圧力が付与されていない状態における前記第２フィルムから前記第１インク流路内のインクに２００ｋＰａの圧力が付与された状態における前記第２フィルムの頂点までの前記第２フィルムの厚み方向に関する距離が０．５ｍｍ以下となるようなサイズに形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記第１方向に関して前記第２流路構成部材との間に前記第１流路構成部材を挟む位置に配置された、電子部品が実装された基板をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。