JP3638688B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置等に用いられるインクジェットヘッドに関し、更に詳しくは、基板の表面に多数のノズルが配列形成され、そのノズルの吐出口からインク滴が吐出されるようにしたインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のインクジェットヘッドは、その要部断面図である図８に示すように、対向する表面１００ａ、１００ｂを有する樹脂からなる矩形状の基板１００を備えている。この基板１００の一方の表面１００ａ側には、その長手方向に沿ってインク共通流路１０１が形成されている。このインク共通流路１０１は、基板１００に溝１０１ａを形成し、この溝１０１ａを覆うように基板１００に被覆体１０１ｂを配設することにより構成したものである。
【０００３】
また、基板１００の一方の表面１００ａ側には、インク共通流路１０１に沿って多数のノズル１０２が一定のピッチで一列に並べられて配設されている。この基板１００の一方の表面１００ａには、ノズル１０２のインク吐出口に撥水性を持たせるため、ノズル１０２に沿って金属板からなるノズルプレート１０２ａが配設されている。
【０００４】
また、基板１００の内部には、インク共通流路１０１と基板１００の他方の表面１００ｂとの間にノズル１０２に対応して多数のインク供給路１０３が形成されている。このインク供給路１０３の一端はインク共通流路１０１に連通し、他端は基板１００の他方の表面１００ｂに開口している。また、このインク供給路１０３には、インク共通流路１０１との連通部分にノズル１０２と同径かそれよりも細い径の隘路１０３ａが形成されている。
【０００５】
また、基板１００の他方の表面１００ｂ側には、インク供給路１０３に対応して多数の加圧室１０４が形成されている。この加圧室１０４は、基板１００に溝１０４ａを形成し、この溝１０４ａを覆うように基板１００に振動板１０５を配設することにより構成したものである。この振動板１０５は、同時にインク供給路１０３の開口部分をも覆っている。この加圧室１０４の一端はインク供給路１０３の他端に連通され、他端はノズル１０２側に連通されている。また、振動板１０５の外面側の加圧室１０４と対応する箇所には圧電素子１０６が配設されている。
【０００６】
このように構成されたインクジェットヘッドは、駆動信号が与えられて圧電素子１０６が駆動すると、振動板１０５が振動することによって加圧室１０４が加圧され、それによりインク共通流路１０１からインク供給路１０３を介して供給された加圧室１０４のインクがノズル１０２側に送出され、ノズル１０２の吐出口からインク滴が吐出されるようになっている。なお、上記インク供給路１０３の隘路１０３ａは、加圧室１０４が加圧されたときにインクがインク共通流路１０１側に逆流しないように設けたものである。
【０００７】
上記のように構成されたインクジェットヘッドは、通常、加熱して流動化した樹脂を金型内に流し込む射出成型によって溝１０１ａ、１０４ａ、ノズル１０２及びインク供給路１０３を備えた基板１００を形成し、この基板１００に被覆体１０１ｂ、ノズルプレート１０２ａ、振動板１０５を貼着すると共に、振動板１０５に圧電素子１０６を配設することによって製作される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成されたインクジェットヘッドにおいては、加圧室１０４が基板１００の他方の平面１００ｂ側に形成され、その一端にインク供給路１０３が連通され、その他端にノズル１０２が連通された構成となっているため、加圧室１０４をノズル１０２等を形成するコアピンで同時に形成することができず、その結果、基板１００を射出成型するための金型の構造が複雑となり、基板１００の製作コストが高くなってインクジェットヘッドのコストダウンに制約を受けるという問題があった。
【０００９】
従って、本発明は、インクジェットヘッドを構成する基板の製作コストを低減し、インクジェットヘッドのコストダウンを促進することのできるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、請求項１に係るインクジェットヘッドは、インク共通流路からインクが供給される加圧室を構成する溝と、前記加圧室が加圧されることによりインク滴の吐出を行なわせるノズルとを備えた基板を樹脂の射出成型により形成し、この射出成型により形成した基板を用いて構成されたものにおいて、前記射出成型により形成した基板は、前記加圧室を構成する溝と前記ノズルが、前記基板の厚み方向と直交する横断面がそれぞれ円形状を有し、前記基板の厚み方向に沿って同一軸上に配置形成されたものであることを特徴としている。
【００１１】
この請求項１に係るインクジェットヘッドにおいては、加圧室を構成する溝とノズルの横断面が円形状を有し、両者が同一軸上に配置形成されていることから、射出成型において加圧室を構成する溝とノズルとを同じコアピンで形成できるようになり、インクジェットヘッドを構成する基板を射出成型するための金型の構造が簡素化される。
【００１２】
また、請求項２に係るインクジェットヘッドは、請求項１記載のものにおいて、前記加圧室を構成する溝が、円錐台形状を有するものであることを特徴としている。
【００１３】
この請求項２に係るインクジェットヘッドにおいては、加圧室を構成する溝が円錐台形状を有していることから、加圧室からノズルへのインクの流れが良好となる。
【００１４】
また、請求項３に係るインクジェットヘッドは、請求項２記載のものにおいて、前記射出成型により形成した基板が、前記インク共通流路を構成する溝と、前記インク共通流路から前記加圧室にインクを供給するインク供給路とが形成されたものであり、前記インク共通流路を構成する溝が、当該基板のノズルの形成される側と同じ表面側に形成され、前記ノズルが、前記インク共通流路を構成する溝の両側に互いに半ピッチずれた状態で形成されたものであることを特徴としている。
【００１５】
この請求項３に係るインクジェットヘッドにおいては、インク共通流路を構成する溝が基板のノズルの形成される側と同じ表面側に形成されていることから、インク共通流路を構成する溝がノズルの形成される側とは反対の表面側に形成される場合に比べてノズルと加圧室とをインク共通流路に近接して配置できるようになり、ノズルの列間隔を狭めることができる。
【００１６】
また、請求項４に係るインクジェットヘッドは、請求項３記載のものにおいて、前記インク共通流路が、前記インク共通流路を構成する溝を平板状の被覆体で覆って構成したものであり、前記加圧室が、前記加圧室を構成する溝を振動板で覆って構成したものであることを特徴としている。
【００１７】
この請求項４に係るインクジェットヘッドにおいては、インク共通流路がインク共通流路を構成する溝を平板状の被覆体で覆って構成され、加圧室が加圧室を構成する溝を振動板で覆って構成されたものであるので、インクジェットヘッドのコストダウンを促進することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図で、上下方向を逆転して示したものである。
【００１９】
これらの図において、インクジェットヘッドは、対向する表面１０ａ、１０ｂを有する樹脂からなる矩形状の基板１０を備えている。この基板１０の内部には、その長手方向に沿い、かつ、一方の表面１０ａ側に複数のインク共通流路１１が一定の間隔をおいて形成されている。このインク共通流路１１は、基板１０に溝１１ａを形成し、この溝１１ａを覆うように基板１０に平板状の被覆体１１ｂを配設することにより構成したものである。この被覆体１１ｂは、貼着等の手段で基板１０に取り付けられる。このように構成された各インク共通流路１１の一端は閉じられているが、他端は基板１０の側面に通じており、この他端から図略のインクタンクのインクが供給されるようになっている。なお、インク共通流路１１は、例えば、幅が０．５ｍｍ、深さが０．５ｍｍの寸法で所定の長さに形成されている。
【００２０】
また、基板１０の内部には、インク共通流路１１に沿って多数のインク供給路１２が一定のピッチで形成されている。このインク供給路１２は、インク共通流路１１と基板１０の他方の表面１０ｂとの間に、基板１０の厚み方向（基板１０の対向する表面１０ａ、１０ｂ間方向）に沿って形成されており、一端がインク共通流路１１の幅方向中間位置に連通されると共に、他端が基板１０の他方の表面１０ｂ側に開口している。この基板１０の厚み方向に形成されているインク供給路１２は横断面（基板１０の厚み方向と直交する方向の断面）が円形状を有し、例えば、直径が２００μｍ、長さが１．０ｍｍの寸法で形成されている。
【００２１】
また、基板１０の内部には、各インク共通流路１１の両側に多数のノズル１３が互いに半ピッチずれた状態でそれぞれ一列に並べられて形成されている。このノズル１３は、一端が基板１０の一方の表面１０ａに開口すると共に、基板１０の厚み方向に沿って形成されており、インク共通流路１１の一方の側のノズル１３が１つおきのインク供給路１２と対応するように配設され、他方の側のノズル１３が残る１つおきのインク供給路１２と対応するように配設されている。このノズル１３は横断面が円形状を有し、例えば、基板１０の表面に開口するインク吐出口部分の直径が５０μｍ、長さが１００μｍの寸法で形成され、後述する加圧室と基板１０の表面１０ａ側のインク吐出口との間の部分の直径が１００〜２００μｍ、長さが０．９ｍｍの寸法で形成されている。この加圧室とインク吐出口との間の部分は、インク吐出口側が細くなる先細り形状となっている。
【００２２】
また、基板１０の内部には、各インク共通流路１１の両側に円錐台形状を有する多数の加圧室１４が各ノズル１３に対応して同じピッチで一列に並べられて形成されている。この加圧室１４は、基板１０の他方の表面１０ｂとノズル１３との間に円錐台形状を有する溝１４ａが形成され、この溝１４ａを覆うように基板１０に振動板１５が配設されて構成されている。この振動板１５は、ガラス等の絶縁材料から形成され、貼着等の手段で基板１０の略全域に取り付けられている。この加圧室１４は、その大径部が基板１０の表面１０ｂ側に位置すると共に、小径部がノズル１３側に位置し、加圧室１４の軸心がノズル１３の軸心と一致するように配置形成されている。この加圧室１４は、例えば、大径部の直径が１．０ｍｍ、小径部の直径が０．６ｍｍ、深さが１．０ｍｍの寸法で形成されている。 なお、加圧室１４は、必ずしも円錐台形状である必要はなく、円柱形状や、基板１０の厚み方向に沿って一部が円柱形状を有し、他部が円錐台形状を有するようなものでもよい。要するに、基板１０の厚み方向と直交する方向の断面である横断面が円形状を有しておればよい。
【００２３】
また、基板１０の他方の表面１０ｂには、インク供給路１２とそのインク供給路１２と対応する位置の加圧室１４とに連通する溝１６が形成されている。この溝１６は、インク供給路１２の開口部と共に上記振動板１５で覆われることにより、インク供給路１２の一部となる隘路１７を構成する。この隘路１７は、例えば、幅と深さが共に５０μｍ、長さが０．５ｍｍの寸法で形成されている。
【００２４】
また、上記振動板１５の外面側には、加圧室１４に対応する位置にチタン酸ジルコン酸鉛等からなる圧電素子１８が配設されている。
【００２５】
上記のように構成されたインクジェットヘッドは、基板１０の一方の表面１０ａに多数のノズル１３が複数列に配設されたものとなり、インクジェット記録装置等に取り付けられて圧電素子１８に駆動信号が与えられると、振動板１５が振動することによって加圧室１４が加圧され、インク共通流路１１からインク供給路１２を介して供給された加圧室１４内部のインクがノズル１３の吐出口から吐出され、記録用紙等に所定の画像を記録する。
【００２６】
上記のように構成されたインクジェットヘッドは、ノズル１３及び加圧室１４が共に横断面円形状を有し、両者が基板１０の厚み方向に沿って同一軸上に形成されているため、基板１０を射出成型する場合に同じコアピンで成型でき、金型の構造が簡素化される。すなわち、図３は、射出成型時のセットした状態のノズル１３と加圧室１４部分の金型構造を示しており、符号２１はコア側の金型を、符号２２はキャビティ側の金型をそれぞれ示している。コア側の金型２１にはノズル１３と加圧室１４を同時に形成するためのコアピン２３がセットされており、キャビネット側の金型２２にはコアピン２３の先端部を固定するブッシュ２４が設けられている。この状態でコア側の金型２１とキャビティ側の金型２２間に樹脂２５が流し込まれ、その後に冷却されて硬化される。これにより、図４に示すようなノズル１３と加圧室１４を有する基板１０が形成される。このように、ノズル１３と加圧室１４が同じコアピン２３で形成できて金型の構造が簡素化できるのは、ノズル１３と加圧室１４の横断面が共に円形状を有し、両者が同一軸上に位置しているため、そのコアピン２３が旋盤等で切削することによって一体に形成できるからである。
【００２７】
なお、加圧室１４を、四角錐形状等の横断面が角形状を有するものにすることも考えられるが、この場合には旋盤等での切削ができないのでノズル１３と加圧室１４とを同じコアピンで形成することが困難となり、金型の構造が複雑になってしまう。すなわち、図５は、この場合のノズル１３と加圧室１４部分の金型構造を示しており、符号２６はコア側の金型を、符号２７はキャビティ側の金型をそれぞれ示している。コア側の金型２６には、四角錐形状の加圧室１４を形成するための突起部２８が形成されており、この突起部２８を貫通してノズル１３を形成するためのコアピン２９がセットされている。キャビティ側の金型２７には、コアピン２９の先端部を固定するブッシュ３０が設けられている。この状態でコア側の金型２８とキャビティ側の金型２７間に樹脂２５が流し込まれ、その後に冷却されて硬化される。その結果、図４に示すものと同様のノズル１３と加圧室１４を有する基板１０が形成される。ところが、この場合は、コア側の金型２６に四角錐形状の加圧室１４を形成するための突起部２８を形成する必要があるため、コア側の金型２６の構造が複雑となり、金型の製作コストが高くなって基板１０の製作コストが高くなってしまう。
【００２８】
また、上記のように構成されたインクジェットヘッドは、加圧室１４の小径部側がノズル１３に連通されているため、加圧室１４が加圧されたとき、加圧室１４内のインクが小径部の内周面に沿ってノズル１３に導かれ、ノズル１３からインク滴が良好に吐出される。
【００２９】
また、上記のように構成されたインクジェットヘッドは、加圧室１４が基板１０の厚み方向に沿ってノズル１３と基板１０の他方の表面１０ｂとの間に形成されているので、ノズル１３と加圧室１４を共にインク共通流路１１に近接して配設できるようになり、その結果、隣接するノズル１３の列間隔を狭めることができ、ノズル１３の配置密度を高めることができる。また、インク共通流路１１が、基板１０のノズル１３が開口する一方の表面１０ａ側に配設されているので、インク共通流路１１をノズル１３よりも径の大きな加圧室１４の存在する他方の表面１０ｂ側に配設する場合に比べてノズル１３と加圧室１４とをインク共通流路１１に近接して配置できるようになり、その結果、ノズル１３の列間隔を狭めることができ、ノズル１３の配置密度を高めることができる。
【００３０】
なお、上記の実施形態では、インク共通流路１１が基板１０の一方の表面１０ａ側に形成されているが、図６及び図７に示すように、このインク共通流路１１を基板１０の他方の表面１０ｂ側に形成するようにすることもできる。すなわち、図６はインクジェットの一部を示す平面図であり、図７は図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図で、上下方向を逆転させて示したものである。これらの図に基づき、図１及び図２に示す実施形態との相違点のみ説明すると、インク共通流路１１は、基板１０の他方の表面１０ｂに形成した溝１１ａを振動板１５で覆うことによって構成され、隘路１７はこのインク共通流路１１に直接連通される。すなわち、図１及び図２に示す符号１２で示すインク供給路はなくなり、インク共通流路１１から加圧室１４にインクを供給するためのインク供給路は隘路１７のみで構成されることになる。
【００３１】
この図６及び図７に示すように構成されたインクジェットヘッドは、インク供給路が基板１０の他方の表面１０ｂに形成した溝１１ａを振動板１５で覆うことによって構成されるので、射出成型する金型に図１及び図２において符号１２で示すインク供給路を形成するための細いピンを設ける必要がなくなる。その結果、金型の取り扱いが容易になって基板１０の製作が容易になると共に、金型の製作コストが低減できてインクジェットヘッドの一層のコストダウンが可能となる。
【００３２】
また、上記の実施形態におけるノズル１３には、いずれもインク吐出口に撥水性を持たせるための従来例に示すようなノズルプレートを設けていないが、必要に応じてインク吐出口に従来例と同様のノズルプレートを設けるようにしてもよい。また、ノズル１３のインク吐出口は射出成型時には形成せずに、基板１０を成型した後にレーザで穿孔することにより形成するようにすることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、加圧室を構成する溝とノズルの横断面が円形状を有し、両者が同一軸上に配置形成されているため、インクジェットヘッドを構成する基板を射出成型するための金型の構造が簡素化され、その結果、インクジェットヘッドを構成する基板の製作コストを低減させることができ、インクジェットヘッドのコストダウンを促進することができる。
【００３４】
また、請求項２の発明によれば、加圧室を構成する溝が円錐台形状を有しているため、インクが加圧室の周面に沿ってノズルへ導かれ、ノズルからのインクの吐出が良好となる。
【００３５】
また、請求項３の発明によれば、インク共通流路を構成する溝が基板のノズルの形成される側と同じ表面側に形成されていることから、インク共通流路を構成する溝がノズルの形成される側とは反対の表面側に形成される場合に比べてノズルと加圧室とをインク共通流路に近接して配置できるようになり、ノズルの列間隔を狭めることができる。
【００３６】
また、請求項４の発明によれば、インク共通流路がインク共通流路を構成する溝を平板状の被覆体で覆って構成され、加圧室が加圧室を構成する溝を振動板で覆って構成されたものであるので、インクジェットヘッドのコストダウンを促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図である。
【図２】 図１のインクジェットヘッドのＡ−Ａ線の断面図であり、図１とは上下方向を逆転させて示したものである。
【図３】 インクジェットヘッドを構成する基板の射出成型を行なう金型構造を説明するための図である。
【図４】 射出成型により形成した基板の一部を示す図である。
【図５】 インクジェットヘッドを構成する基板の射出成型を行なう金型構造を説明するための図である。
【図６】 本発明のインクジェットヘッドの変形例を示す要部断面図である。
【図７】 図６のインクジェットヘッドのＢ−Ｂ線の断面図であり、図６とは上下方向を逆転させて示したものである。
【図８】 従来のインクジェットヘッドの要部断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１１ インク共通流路
１２ インク供給路
１３ ノズル
１４ 加圧室
１５ 振動板
１６ 隘路を構成する溝
１７ 隘路
１８ 圧電素子

Claims (4)

1. インク共通流路からインクが供給される加圧室を構成する溝と、前記加圧室が加圧されることによりインク滴の吐出を行なわせるノズルとを備えた基板を樹脂の射出成型により形成し、この射出成型により形成した基板を用いて構成されたインクジェットヘッドにおいて、前記射出成型により形成した基板は、前記加圧室を構成する溝と前記ノズルが、前記基板の厚み方向と直交する横断面がそれぞれ円形状を有し、前記基板の厚み方向に沿って同一軸上に配置形成されたものであることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記加圧室を構成する溝は、円錐台形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記射出成型により形成した基板は、前記インク共通流路を構成する溝と、前記インク共通流路から前記加圧室にインクを供給するインク供給路とが形成されたものであり、前記インク共通流路を構成する溝は、当該基板のノズルの形成される側と同じ表面側に形成され、前記ノズルは、前記インク共通流路を構成する溝の両側に互いに半ピッチずれた状態で形成されたものであることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記インク共通流路は、前記インク共通流路を構成する溝を平板状の被覆体で覆って構成したものであり、前記加圧室は、前記加圧室を構成する溝を振動板で覆って構成したものであることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。

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