JP3680394B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク吐出ノズルからインクを吐出させて印刷記録するインクジェットヘッドに関し、更に詳細には、インクキャビティとエネルギー素子との間に挟持される可撓板に、インクマニホールドにおける圧力波の吸収機能を持たせることにより、反射圧力波の吐出インクへの影響による印刷記録の不均一を排除したインクジェットヘッド装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、概略、図3に示すように、キャビティプレート71と圧電素子板72とを振動板73を介して組合せ、基台であるベース板74に据え付けたものである。そして、キャビティプレート71の一端にはノズル孔75を形成したノズルプレート78が備えられており、キャビティプレート71の内部にはノズル孔75に内側からインクを供給するキャビティ室76が設けられている。
【0003】
このキャビティ室76及びノズル孔75は、紙面の厚み方向に多チャンネル並列して設けられている。各キャビティ室76は振動板73を介して圧電素子板72と対面しており、圧電素子板72が振動したときにその振動により選択的に加圧されるようになっている。そしてキャビティプレート71には、各キャビティ室76への共通のインク供給経路であるインクマニホールド77が形成されている。
【0004】
このインクジェットヘッドで圧電素子板72を駆動して振動させると(実際に振動させるのは72aの部分)、各キャビティ室76が選択的に加圧されてその圧力が対応するノズル孔75に伝播されてインク滴79の吐出による印刷記録が行われる。しかしながらキャビティ室76に加圧されたことによる圧力波は、ノズル孔75へ向かう前進成分だけでなくインクマニホールド77へ向かう後退成分もある。
【0005】
そしてこの後退成分はインクマニホールド77で反射され、前進成分より遅れてノズル孔75に向かう。この反射波は、インクマニホールド77が各キャビティ室76に共通なため分散されるので、単独の反射波のみでノズル孔75におけるインクの吐出を起こすには至らないが、本来の前進波による吐出で減少したインク量の回復速度に影響を与え、このため次回の吐出の際の吐出量や吐出速度が影響を受けることとなる。しかもその影響の度合は同時に駆動されたチャンネル数によって異なるので、吐出インクの量やスピードは毎回ばらつくことになり、印刷記録の品質低下の要因となる。
【0006】
この対策として例えば特公平3−30502号公報に記載されたもののように、インクマニホールドの壁面のうちキャビティ室と反対側(図3では矢印Aで示す箇所)を可撓性膜材で構成したものがあった。これは、可撓性膜材の振動減衰作用により圧力波の後退成分を吸収し、反射波の生成を防止して上記弊害を排除しようとするものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載されたインクジェットヘッドでは、インクマニホールドにおけるキャビティ室と反対側の壁面に可撓性膜材を配置しており、この可撓性膜材のインクマニホールドと反対側の面は大気に開放されている。従ってその部分は可撓性膜材だけでインクマニホールドの外形を区画しているので強度面で不安がある。また、この可撓性膜材は圧力波の吸収のみを目的とする単一機能のものであるので、機能に比して部品点数が多い。
【0008】
本発明は、従来のインクジェットヘッドの前記した問題点を解消するためになされたものであり、エネルギー素子からインクキャビティへの加圧を伝達する可撓材で圧力波の吸収をも行うようにして部品点数を減らすことを目的とし、更に好ましくは、圧力波吸収用の可撓材をインクジェットヘッドの内部に配置して強度面の不安を除去することを目的とする。
【0009】
【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に係る発明は、インクが充填されるインクキャビティ及びこのインクキャビティに設けられたインク吐出ノズル及び前記インクキャビティに連通されるとともにインクを供給するインクマニホールドを備えたキャビティプレートと、前記インクキャビティに対面するエネルギー発生部を備えたカバープレートとを有し、このエネルギー発生部により前記インクキャビティに加圧して前記インク吐出ノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドであって、前記カバープレートの前記インクマニホールドに対面する部位に前記インクマニホールドの上方全面にわたって形成されたダンパ室と、前記エネルギー発生部と前記インクキャビティとの間に挟持されるとともにその一部が前記インクマニホールドと前記ダンパ室とを区画する可撓材とを備え、前記キャビティプレートと前記カバープレートとが前記可撓材を介して組み合わせられており、この可撓材の前記インクマニホールドと前記ダンパ室とを区画する部分が、前記インクマニホールド側と前記ダンパ室側とのいずれにも変形可能であることを特徴とする。
【0010】
このインクジェットヘッドでは、カバープレートのエネルギー発生部が駆動されると、キャビティプレートではインクで充填されたインクキャビティがエネルギー発生部により可撓材を介して加圧され、インクに圧力波が発生する。この圧力波の前進成分はインクキャビティからインク吐出ノズルに伝播し、インクを吐出させ印刷記録を行わせる。圧力波の後退成分は、インクキャビティからインクマニホールドに伝播し、可撓材の一部であってインクマニホールドとダンパ室とを区画する部分を変形させ、インクマニホールド側とダンパ室側とに振動させる。その振動により圧力波の後退成分は吸収され減衰し、反射波を生じない。また、可撓材のインクマニホールドとダンパ室とを区画する部分はカバープレートに覆われておりインクジェットヘッドの外形の一部をなさない。
【0011】
このインクジェットヘッドでは、ダンパ室がインクマニホールドの上方全面にわたって形成されているので、可撓材の振動によるインクの圧力波の吸収効率が高い。
【0012】
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載するインクジェットヘッドであって、前記ダンパ室を外部に連通する大気連通孔を備えたことを特徴とする。
【0013】
このインクジェットヘッドでは、大気連通孔を備えたので、可撓材のうちインクマニホールドとダンパ室とを区画する部分が振動してダンパ室の容積が変動しても、その圧力の変化がほとんどなく、インクの圧力波の後退成分がより速やかに減衰する。
【0014】
また、請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載するインクジェットヘッドであって、前記カバープレートの全体が圧電素子により形成されていることを特徴とする。
【0015】
このインクジェットヘッドでは、圧電素子により形成されたカバープレートの一部がエネルギー発生部として、可撓材を介してキャビティプレートのインクキャビティを加圧し、インクに圧力波を発生させる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1の断面図に示すように、本実施の形態に係るインクジェットヘッドは、概略、キャビティプレート1と圧電素子板2とを可撓性の振動板3を介して組合せ、基台であるベース板4に据え付けたものである。そして、キャビティプレート1の一端にはノズル孔5を形成したノズルプレート6が備えられており、キャビティプレート1の内部にはノズル孔5に内側からインクを供給するキャビティ室7が設けられている。
【0017】
このキャビティ室7及びノズル孔5は、紙面の厚み方向に多チャンネル並列して設けられている。各キャビティ室7は振動板3を介して圧電素子板2と対面しており、圧電素子板2が振動したときにその振動により選択的に加圧されるようになっている。そしてキャビティプレート1には、各キャビティ室7への共通のインク供給経路であるインクマニホールド8が形成されている。
【0018】
そして、圧電素子板2には、振動板3を介してインクマニホールド8に対面する箇所にダンパ室9が設けられており、この部分の振動板3はインクマニホールド8とダンパ室9とを区画している。そしてこのダンパ室9は、インクマニホールド8の上方全面にわたって設けられている。このため振動板3のうちインクマニホールド8とダンパ室9とを区画する部分は、図2に示すようにインクマニホールド8の側又はダンパ室9の側のいずれにも変形可能である。
【0019】
また圧電素子板2には、ダンパ室9を外部に連通する通気孔10が設けられている。かかる圧電素子板2は、PZT等のピエゾ効果を有する素材で形成され、振動板3を介して各キャビティ室7に対面する箇所に電極が設けられ振動部2aとされている。振動部2aは、各キャビティ室7と同様に、紙面の厚み方向に多チャンネル並列して設けられ一対一で対応し、入力信号に応じて選択的に駆動されるようになっている。これにより各キャビティ室7を選択的に加圧できるようになっている。
【0020】
かかるインクジェットヘッドにおいて、インクマニホールド8から各キャビティ室7にインクを供給して充填し、そして圧電素子板2に入力信号を印加して振動部2aを振動させると、振動板3を介して、振動した振動部2aに対応するキャビティ室7が加圧され、圧力波が発生する。この圧力波は、キャビティ室7から対応するノズル孔5へ伝播する前進成分と、逆にインクマニホールド8へ伝播する後退成分とを有している。
【0021】
前進成分の圧力波が当該キャビティ室7からノズル孔5に達すると、そのノズル孔5からインク滴11が吐出される。このインク滴11が印刷用紙に付着してドットを形成することにより、印刷記録がなされる。なお、インク滴11を吐出することにより当該キャビティ室7内のインク量が減少するが、インクマニホールド8からインクが補充されて次回の吐出に備える。また、キャビティ室7等内のインク中での圧力波の伝播速度、即ち音速は、およそ900m/s程度である。
【0022】
一方、後退成分の圧力波が当該キャビティ室7からインクマニホールド8に達すると、その圧力波により、振動板3のうちインクマニホールド8とダンパ室9とを区画する部分が変形する。振動板3の当該部分は前記のように、インクマニホールド8の側又はダンパ室9の側のいずれにも変形可能なので両側に振動し、後退成分の圧力波は吸収され減衰される。ここでダンパ室9が通気孔10により外部に連通しているので、振動板3の振動により容積に変動が生じてもその圧力はほとんど変化しないことも、圧力波の減衰を助長している。従って後退成分の圧力波はインクマニホールド8において速やかに減衰するので、インクマニホールド8からキャビティ室7、更にノズル孔5へ向かう反射波が発生しない。
【0023】
従って、前進成分の圧力波によりインク滴11を吐出したキャビティ室7における、インクマニホールド8からのインクの補充は、反射波の影響を受けることなく行われる。このため、同時に吐出したチャンネル数等に左右されることなく、均一な吐出量及び吐出速度で毎回の吐出が行われる。
【0024】
以上詳細に説明したように、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドによれば、圧電素子板2にダンパ室9を設けて振動板3がインクマニホールド8の側又はダンパ室9の側のいずれにも変形できるようにしたので、圧電素子板2の振動部2aが駆動されることにより対応するキャビティ室7に発生した圧力波のうち後退成分は、振動板3のうちインクマニホールド8及びダンパ室9に面する部分の振動により減衰され、反射波を生じない。このため、前進成分の圧力波によりインク滴11の吐出を行ったキャビティ室7では、反射波の影響を受けることなく均一に、インク滴11の吐出により減少したインク量の補充をインクマニホールド8から受けることができる。従って、同時に吐出したチャンネル数や前回の吐出からの間隔等に左右されずに毎回各チャネル均一な吐出量及び吐出速度でインク滴11の吐出を行い、良好な印刷品質を得ることができるインクジェットヘッドが実現されている。
【0025】
ここで、ダンパ室9に通気孔10を設けて振動による圧力変動がほとんど生じないようにしたので、インクマニホールド8での圧力波の減衰が助長され、反射波の発生がより一層防止されており、均一な吐出の実現に貢献している。
【0026】
また、インクマニホールド8の上方全面がダンパ室9とされているので、振動板3の振動によるインクの圧力波の吸収効率が高い。また、ダンパ室9を、圧電素子板2と振動板3との間に設けて振動板3のうちインクマニホールド8とダンパ室9とを区画する部分を覆ったので、振動板3がインクジェットヘッドの外形の一部をなすことがなく内部に配置されており、強度面での不安がない。
【0027】
そして、この振動板3としては、圧電素子板2の振動部2aの振動をキャビティ室7に伝達するものとして従来から使用されているものの一部を充てているので、部品点数が少なくて済む。
【0028】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば前記実施の形態において、圧電素子板2の全体をPZT等のピエゾ効果を有する素材で形成したが、少なくとも振動部2aが当該素材で形成されていれば足り、ダンパ室9を囲む部分等は通常のセラミックスや金属、樹脂等で形成してもかまわない。
【0029】
【発明の効果】
以上説明した通り請求項1に係る発明によれば、エネルギー素子からインクキャビティへの加圧を伝達する可撓材で圧力波の吸収をも行うようにして部品点数を減らしたインクジェットヘッドが提供されている。また、当該可撓材をインクジェットヘッドの内部に配置して強度面の不安を除去したインクジェットヘッドが提供されている。
【0030】
また、ダンパ室がインクマニホールドの上方全面にわたって設けられているので、可撓材の振動による圧力波の吸収効率が高いインクジェットヘッドが提供されている。
【0031】
特に、請求項2に係る発明によれば、ダンパ室を外部に連通する大気連通孔を備えたので、ダンパ室の圧力変動がほとんどなくより良好に圧力波の吸収ができるインクジェットヘッドが提供されている。
【0032】
更に、請求項3に係る発明によれば、カバープレートが、エネルギー発生部のみならずダンパ室を覆う部分も含めてその全体が圧電素子で形成されているので、部品点数が少なく製造しやすいインクジェットヘッドが提供されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に係るインクジェットヘッドの構造を示す断面図である。
【図2】 図1のインクジェットヘッドにおける振動板の変形を示す断面図である。
【図3】 従来のインクジェットヘッドの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 キャビティプレート
2 圧電素子板(カバープレート)
2a 振動部
3 振動板(可撓材)
5 ノズル孔(インク吐出ノズル)
7 キャビティ室(インクキャビティ)
8 インクマニホールド
9 ダンパ室
10 通気孔
Claims (3)
- インクが充填されるインクキャビティ及び、このインクキャビティに設けられたインク吐出ノズル及び、前記インクキャビティに連通されるとともにインクを供給するインクマニホールドを備えたキャビティプレートと、
前記インクキャビティに対面するエネルギー発生部を備えたカバープレートとを有し、
このエネルギー発生部により前記インクキャビティに加圧して前記インク吐出ノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記カバープレートの前記インクマニホールドに対面する部位に前記インクマニホールドの上方全面にわたって形成されたダンパ室と、
前記エネルギー発生部と前記インクキャビティとの間に挟持されるとともにその一部が前記インクマニホールドと前記ダンパ室とを区画する可撓材とを備え、
前記キャビティプレートと前記カバープレートとが前記可撓材を介して組み合わせられており、
この可撓材の前記インクマニホールドと前記ダンパ室とを区画する部分が、前記インクマニホールド側と前記ダンパ室側とのいずれにも変形可能であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項1に記載するインクジェットヘッドにおいて、
前記ダンパ室を外部に連通する大気連通孔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1または請求項2に記載するインクジェットヘッドにおいて、
前記カバープレートの全体が圧電素子により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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