JP3729002B2 - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像や文字等を記録紙に記録するためにノズル孔からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録装置として多用されているインクジェットプリンタは、印刷媒体（記録紙）にインク滴を着弾させることにより画像や文字等の印刷データを記録する構成であり、ノズル孔からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドを備える。
【０００３】
このインクジェット式記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズル孔を多数配列したノズルプレートを備え、このノズルプレートが記録紙に対向する状態でキャリッジに支持され、ガイド部材に沿って記録紙の幅方向に移動（主走査）させる。
【０００４】
例えば、特開平６−３２０７２５号などの公報に開示されているように、インク滴の吐出駆動を圧電振動子により行う記録ヘッドでは、ノズルプレートはスペーサを介して振動板と貼り合わせされており、スペーサにはインクの流路及び圧力室となる空部を所定のパターンで形成し、気密性を保持するため一体化して流路ユニットとしている。そして、複数の圧電振動子を配列した振動子ユニットを、箱体状のケースに収めると共に、そのケースの先端面に流路ユニットを接合させ、このとき各ノズル孔に連なる各圧力室について各圧電振動子を対応させて接触状態としており、即ち、ケース先端面に形成した開口（窓）から各圧電振動子を臨ませて振動板に接触させており、各圧力室の振動板を振動させることで圧力変動を起こし、これによりインク滴を適宜に吐出させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来のインクジェット式記録ヘッドでは、ケースの先端接合面に塗布（転写）した接着剤が流動性を持つことから、流路ユニットをケース側と接合させる際に、接合面上を接着剤が流動し、各圧電振動子を臨ませた開口へ流れ出てしまう接着剤のはみ出しがある。そして、この流れ出た接着剤は圧力室の弾性隔壁つまり振動板の弾性シートに付着して固まるので、振動板の撓み特性を変化させ、その結果、ノズル孔の並び列においてインクの吐出特性にバラツキを生じ、印刷品質を低下させるという問題があった。特に、カラー用の場合には、記録ヘッドはノズル孔を多数並べたノズル孔列を複数列並べ、しかも小形化のため隣り合うノズル孔列の間隔を狭めた構成を採っていることから、接着剤が流れ出す問題の影響が大きい。
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的は、流路ユニットとケースとの接合に際して、圧力室の一部を構成している振動板側への接着剤の流れ出しを低減させることができ、振動板の撓み特性を良好に保ち得て印刷品質の低下を防ぐことができるインクジェット式記録ヘッドを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、ノズル孔列を複数設けた流路ユニットと、この流路ユニットを接合する接合面に、ノズル孔列に対応した開口を複数有し、各開口に連通する収納空部を内部に形成したケースと、このケースの収納空部内に固定されて、先端の出力部を前記開口に臨ませた状態で、圧力室の一部を構成している振動板に接合した圧力発生手段と、を備え、この圧力発生手段の出力部により振動板を変位させてノズル孔から前記圧力室内のインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記ケースの複数の前記開口の間に位置するリブと前記流路ユニットとの接合面に形成された凹部と、前記凹部を大気開放させ、前記ケースと前記流路ユニットとの接合面とは反対側に延設された通気路と、を具備したことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドである。
【０００８】
請求項２に記載のものは、前記リブ部内に補強材をインサートし、前記凹部の幅を補強材の肉厚よりも狭く設定したことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【０００９】
請求項３に記載のものは、前記ケースの接合面にコンプライアンス用凹部を形成し、このコンプライアンス用凹部を大気開放し、接合面に、前記コンプライアンス用凹部と前記凹部とを連通する連絡路を形成した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式記録ヘッドである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のインクジェット式記録ヘッドの実施形態を図面に基づいて説明する。図１から図４は、本発明にかかるインクジェット式記録ヘッド１（以下、記録ヘッド１という。）の一実施形態を示し、図１はその記録ヘッド１を一部分解して示す斜視図、図２はその記録ヘッド１を図１のＹＺ面で切断した断面図、図３は要部を拡大した断面図、図４はケースの接合面を説明する平面図である。
【００１６】
このインクジェット式記録ヘッド１は、プラスチック製箱体状のケース２内に圧力発生手段として収容した圧電振動子３の駆動により、流路ユニット４の一部を構成しているノズルプレート５のノズル孔５０からインク滴を吐出する構成となっている。
【００１７】
流路ユニット４は、ノズルプレート５とスペーサ６と振動板７を貼り合わせて積層した構成とされ、スペーサ６にはインクの流路及び圧力室となる空部を所定のパターンで形成されていて、ノズルプレート５と振動板７とを上下に貼り合わせて一体化することで気密性を保持するようになっている。
【００１８】
ノズルプレート５には、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル孔５０が列状に設けられている。本実施形態ではノズル孔５０の列（ノズル孔列）が二列平行に設けられている。そして、これと対応してケース２には流路ユニット４との接合面に帯形状の細長い開口２０が二つ平行に形成され、これら開口２０から圧電振動子３の櫛歯状の先端が臨み、これら１本１本の先端（出力部）を振動板７の所定部（アイランド部）に接触させる構成となっている。
【００１９】
スペーサ６は、シリコンウエハー等から形成されており、これをエッチング加工することにより各空部が所定パターンに区画されていて、図２及び図３に示すように、各ノズル孔５０と連通する複数の圧力室６０、共通インク室６１、共通インク室６１から各圧力室６０へ繋がる複数のインク供給路６２を構成する隔壁が適宜に形成されている。なお、共通インク室６１には、振動板７に開設された接続口６３を介してインク供給管８が接続され、インクカートリッジ（図示せず）に蓄えられたインクが供給される。
【００２０】
振動板７は、図２に示すように、金属板としてのステンレス板７ａにＰＰＳ膜等の弾性体膜（樹脂膜）７ｂを積層した二重構造を採り、各圧力室６０に対応する部分はステンレス板側が環状にエッチング加工され、環内にアイランド部７０が形成されており、各アイランド部７０に各圧電振動子３の先端（出力部）を接合させるようになっている。
【００２１】
圧電振動子３は、各圧力室６０にそれぞれ対応して先端（出力部）が複数配列されており、これらは一枚の大きな圧電振動子に、所定ピッチで櫛歯状にスリット部を形成することにより構成され、その配列体の基部が固定板９に固定されて振動子ユニット３９となっている。なお、図面に示す圧電振動子３は、充電されると圧電体と電極の積層方向とは直交する方向に収縮して振動板７を引っ張って圧力室６０を膨張させ、放電すると伸長して振動板７を押圧することにより圧力室６０を収縮させる。そして、圧力室６０の膨張・収縮に伴う圧力室６０内のインク圧力の変化を利用してノズル孔５０からインク滴を吐出させる。
【００２２】
ケース２には、図２に示すように、振動子ユニット３９を収容する収納空部２１が形成されており、収納空部２１は、流路ユニット４との接合面の開口２０から反対側の面まで貫通しており、振動子ユニット３９は圧電振動子３の先端を開口２０から臨める姿勢で挿入され、各先端が開口２０と面一となる位置で固定板９を収納空部２１の内壁へ固着させることにより装着される。本実施形態では、収納空部２１は二つに形成されており、両者の狭間にはリブ部２２が設けられている。そして、ケース２の流路ユニット４との接合面には、図４に示すように、収納空部２１の両開口２１に挟まれた部位、即ちリブ部２２の端面に凹部２３が設けられ、また、開口２０を挟んだ反対側の面上にコンプライアンス用凹部２４が設けられている。
【００２３】
凹部２３は、本発明の主要構成となる窪み部であり、接着剤の塗布面積の減少を図ることにより接合時の接着剤のはみ出しを最小限に抑える目的で開口２０に沿って細長い帯形状に形成されている。この凹部２３には、図４に示すように、通気路としての連通管１０が接続され、連通管１０はケース２内をその基部へ向かって形成されており、その基部の側で管端部が大気開放している。したがって、凹部２３は、接合面側の開口の開閉に拘らず、連通管１０を介して常時大気圧になるような構成である。
【００２４】
一方、コンプライアンス用の凹部２４は、振動板７が容易に大きく変形することで大きなコンプライアンスが得られることを目的とする窪み部であり、これも開口２０に沿って帯形状に形成されている。この様に、コンプライアンス用凹部２４は、前記凹部２３とは配置が異なるばかりでなく、目的、作用が異なるものである。
【００２５】
以上の構成により本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１は、ケース２と流路ユニット４との接合面に凹部２３が設けられるので、その凹部２３を設けた分は接合面積が減り、ケース２と流路ユニット４との接合に際して塗布（転写）する接着剤の量が減る。しかも、接合の際に凹部２３へ流れ込む分もあるので、圧電振動子３の出力部が臨む開口２０側へ流れ込んで振動板７、特に弾性体膜（弾性シート）７ｂに付着する接着剤の量を低減させることができる。また、連通管１０を介して凹部２３が大気開放されているので、流路ユニット４を接合した際に凹部２３の開口が振動板７によって全面封止されても、凹部２３内の圧力は大気圧を維持する。したがって、接合の際に凹部２３の開口が塞がれても、接合面の余剰接着剤の一部が凹部２３内に流れ込むことに何等支障もない。
【００２６】
この様に、本実施形態では、凹部２３によって接着剤の塗布面積を減少することと相俟って、従来はリブ部２２の両側２ヶ所に流出していた余剰接着剤が凹部２３の両側とリブ部２２の両側との合計４ヶ所に分散して流れ出すことなり、開口２０側を始めとする１ヶ所当たりの流れ出し量を著しく減少させることができる。したがって、流路ユニット４とケース２との接合に際して、圧力室６０の弾性体膜への接着剤の流れ出しを低減させることができる。このため、振動板７の撓み特性を良好に保つことができ、これにより印刷品質の低下を防ぐことができる。
【００２７】
なお、凹部２３を大気開放する連通管１０等の通気路は、接合面に交叉する方向にケース２の内部で延設し、接合面とは反対側のケース２の面やケース２の内部で管端部を開口することが好ましい。このように構成すると、ケース２側面に付着したインクがこの開口から通気路内に進入する虞れがあり、これを防止できるからである。すなわち、長期間使用すると、流路ユニット４やこの近傍のケース側面にインクミストが付着して溜り易く、このインクが記録ヘッド１の内部に進入することを防止する効果があり、接着信頼性が高まる。
【００２８】
また、図５に示すように、通気路を接合面と平行に形成して管端部を接合面近傍のケース２側面に開口してもよい。この様に構成すると、通気路内にケース２側面に付着したインクが進入する可能性があるが、振動板７が通気路を覆う状態で接着されているので、開口２０側などケース２内部に到達することはない。但し、接着境界がインクにさらされる部分が多くなるので、ケース２側面で開口するよりも、前記実施形態の様に、連通管１０により他の部分で開口することが望ましい。
【００２９】
図６は、本発明の第２実施形態を示し、記録ヘッド１のケース２を図４と同様に示す平面図である。第２実施形態では、リブ部２２の端面に設けた凹部２３には、別途連通管を接続しないで、代りに当該凹部２３とコンプライアンス用の凹部２４とを接続する連絡路２５をケース２の接合面に設けており、コンプライアンス用の凹部２４には、振動板７の弾性体膜の変形抵抗を減少させるために大気に繋がる連通路２６が通気路として備えられているので、この連通路２６と連絡路２５を介して凹部２３を大気開放する。この様に、第２実施形態では連通管１０を別途設けることなく凹部２３を大気開放できるので、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００３０】
図７は、本発明の第３実施形態を示し、記録ヘッド１のケース２を図４と同様に示す平面図である。第３実施形態は、開口２０の間の接合面、すなわちリブ部２２の端面に凹部２３を形成しただけであり、凹部２３への大気開放はないので凹部２３内へ押し出される接着剤の量は第１，第２実施形態の場合よりも少ないことも考えられるが、凹部２３を設けたことにより接着剤の塗布量が減り、開口２０側へ流れ込む分量を従来よりも少ない量に抑えることが期待できる。
【００３１】
図８は、本発明の第４実施形態を示し、記録ヘッド１のケース２を図４と同様に示す平面図である。第４実施形態では、開口２０の間の接合面、すなわちリブ部２２の端面に小さな凹部２７を複数並べて設けており、それらの凹部２７は流路ユニット４を接合することにより封止される構成を採っている。この場合、凹部２７は小さいものの多数並べて設けられるので、ケース２の剛性を確保し易く、その一方で第３実施形態と同様な作用となり、同様の効果が得られる。
【００３２】
そして、本実施形態の場合に、ケース２の接合面に接合する振動板７の板厚の一部に、図中一点鎖線で示すように、各凹部２７に連通して一端がケース２側面に開口する大気開放用の溝６５を形成して大気開放してもよい。振動板７に上記溝６５を形成するには、振動板７が樹脂膜とステンレス板等の金属板との積層体で構成されているので、ステンレス板をエッチングして各凹部２７に重なる部分を除去することにより所定幅の溝６５を形成できる。ステンレス板等の金属板の板厚は、成形品であるケース２に凹部を形成する場合に比較して寸法の管理が容易であり、また、省スペースに寄与する。すなわち、接着剤の流れ出し量と大気開放の隙間を加えた体積が要求される体積となるが、射出成形品の一部として凹部を形成すると、その公差はエッチング加工の場合よりも大きくなるので、振動板７にエッチング加工して溝６５を形成した方が必要面積が小さくて済み、省スペースに寄与する。
【００３３】
図９は、本発明の第５実施形態を示し、記録ヘッド１を図２と同様に切断した断面図である。第５実施形態では、リブ部２２内に金属板等の補強材１１がインサートされており、リブ部２２上に設けた凹部２３の幅Ｗ１を、補強材１１の厚みＷ２よりも狭く設定した構成を採る。この様に構成すると、凹部２３の幅Ｗ１が補強材１１の厚みＷ２よりも狭くなるので、凹部２３を形成したリブ部２２の端面近傍の剛性を確保し易く、これにより圧電振動子３を伸縮させた際に振動板７側からリブ部２２へ作用する圧縮力を補強材１１側へ確実に伝達させることができ、十分な強度を得られ、流路ユニット４の変形を有効に防止できる。したがって、リブ部２２を薄くすることができ、記録ヘッド１のより一層の小型化を図れる。
【００３４】
なお、圧力発生手段は、前記した圧電振動子３に限らず、例えば磁歪素子でもよい。また、ノズル列は、２列に限らず複数列であればよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェット式記録ヘッドは、次に示す効果を奏する。請求項１の発明によれば、ケースの複数の開口の間に位置するリブと流路ユニットとの接合面に、凹部を形成するので、その凹部を設けた分だけ接合面積が減り、ケースと流路ユニットとの接合に際して塗布する接着剤の量が減る。このため、圧力発生手段の出力部が臨む開口へ流れ込む接着剤の量は低減し、しかも凹部へ流れ込む分もあるので、開口側へ流れ込む分量を一層少ない量に抑えることができる。したがって、流路ユニットとケースとの接合に際して、圧力室の振動板側への接着剤の流れ出しを低減させることができ、その結果、振動板の撓み特性を良好に保つことができる。これにより、振動板に付着した接着剤に起因する印刷品質の低下を防ぐことができる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、凹部が大気開放しているので、凹部の開口が流路ユニットによって塞がれても凹部内を大気圧に保つことができる。したがって、凹部内に接着剤を円滑に流れ込ませることができる。
【００３７】
請求項３の発明によれば、一端が前記凹部に接続して該凹部を大気開放する通気路を、ケースの接合面に交叉する方向に延設したので、通気路の他端がケースの接合面から離れた部位で開口して大気開放する。したがって、長期間使用すると使用してインクが記録ヘッドの流路ユニット近傍に付着しても、この付着したインクが通気路を通って接着剤を浸透し、記録ヘッドの内部に進入することを防止できる。
【００３８】
請求項４の発明によれば、収納空部同士の間に形成されるリブ部内に補強材をインサートし、前記凹部の幅を補強材の肉厚よりも狭く設定したので、リブ部の剛性、特にノズル孔列の中央部分近傍のリブ部の剛性を確保し易い。したがって、圧電振動子が収縮した際に作用するリブ部の圧縮力を確実に受け止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット式記録ヘッドの一部を分解した斜視図である。
【図２】記録ヘッドを図１のＹＺ面で切断した断面図である。
【図３】要部を拡大した断面図である。
【図４】ケースの接合面を説明する平面図である。
【図５】通気路をケース側面に開口した実施形態の要部を示すケースの接合面の平面図である。
【図６】第２実施形態の要部を示すケースの接合面の平面図である。
【図７】第３実施形態を示すケースの接合面の平面図である。
【図８】第４実施形態を示すケースの接合面の平面図である。
【図９】リブ部内に補強材をインサートした第５実施形態を示す記録ヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１ インクジェット式記録ヘッド
２ ケース
３ 圧電振動子
４ 流路ユニット
５ ノズルプレート
６ スペーサ
７ 振動板
８ インク供給管
９ 固定板
１０ 連通管
１１ 補強材
２０ 開口
２１ 収納空部
２２ リブ部
２３ 凹部
２４ コンプライアンス用の凹部
２５ 連絡路
２６ 連通路
２７ 凹部
３９ 振動子ユニット
５０ ノズル孔
６０ 圧力室
６１ 共通インク室
６２ インク供給路
６３ 接続口
６５ 溝
７０ アイランド部

Claims (3)

1. ノズル孔列を複数設けた流路ユニットと、
   この流路ユニットを接合する接合面に、ノズル孔列に対応した開口を複数有し、各開口に連通する収納空部を内部に形成したケースと、
   このケースの収納空部内に固定されて、先端の出力部を前記開口に臨ませた状態で、圧力室の一部を構成している振動板に接合した圧力発生手段と、を備え、
   この圧力発生手段の出力部により振動板を変位させてノズル孔から前記圧力室内のインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
   前記ケースの複数の前記開口の間に位置するリブと前記流路ユニットとの接合面に形成された凹部と、
   前記凹部を大気開放させ、前記ケースと前記流路ユニットとの接合面とは反対側に延設された通気路と、を具備したことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. 前記リブ部内に補強材をインサートし、前記凹部の幅を補強材の肉厚よりも狭く設定したことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
3. 前記ケースの接合面にコンプライアンス用凹部を形成し、このコンプライアンス用凹部を大気開放し、接合面に、前記コンプライアンス用凹部と前記凹部とを連通する連絡路を形成した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式記録ヘッド。

Images