JP3744040B2 - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、用紙にインクを吹き付けて印字するインクジェットプリンタに係わり、特に、インクを吹き付ける多数のノズルを有するインクジェットプリンタヘッドの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファクシミリ装置等の通信機器やパーソナルコンピュータ等の情報処理装置は、通常、文字や図形からなるデータを視覚情報として記録するように、これらのデータを用紙に印字可能なプリンタを有している。このプリンタは、インパクト方式や感熱方式、インクジェット方式等の各種の印字方式が採用されているが、近年においては、静粛性に優れていると共に各種材質の用紙に印字可能なインクジェット方式が多用されるようになっている。
上記インクジェットプリンタは、多数のノズルを有したインクジェットプリンタヘッドと用紙とを対向配置し、インクジェットプリンタヘッドを主走査、用紙を副走査しながら、出力データに対応するノズルからインクを噴射させて用紙に吹き付けることによって、用紙に文字や図形を印字するようになっている。
【０００３】
このような、従来技術におけるインクジェットプリンタヘッド１０１は、図９（ａ）に示すように、矩形状のキャビティプレート１０２と、矩形状のエネルギー発生素子１０３とを接合することにより形成されている。また、キャビティプレート１０２には、その巾方向Ｂに延びて形成されたインク溝１１１…を並列配置し、各インク溝１１１…にはインク供給溝１１２…と、ノズル１０４ａを形成するインク吐出通路１１３…とが連通している。エネルギー発生素子１０３には、この巾方向Ｂの一端側を閉鎖する壁部１２４を有して他端側に開口する凹状溝１２５…を長手方向Ａに並列形成することで、キャビティプレート１０２の各インク溝１１１…に対向する複数の駆動部１２６…が並列突設されていると共に、この各凹状溝１２５…との間で気密空間１３１…を区画するようにして薄膜状のダイヤフラム１３０が加熱接着されている。これにより、ダイヤフラム１３０と各インク溝１１１…とで各インク溝室１３５…を、又はインク供給溝１１２とでインク供給溝１３６を区画している。
【０００４】
そして、文字や図形からなるデータに応じて、駆動電圧をエネルギー発生素子１０３の各駆動部１２６…に印加して、各インク溝室１３５…に物理的変形して突出するように駆動することで、各インク溝室１３５…の容積減少に伴って各インク溝室１３５…に発生する圧力で、インク１１５を各ノズル１０４ａ…から噴射して、用紙１０５に吹きつける。また、エネルギー発生素子１０３に対する駆動電圧の印加を消失すると、各駆動部１２６…は元の形状に戻されるので、各インク溝室１３５…の容積増加に伴って発生する負圧で、インク供給溝室１３６から各インク溝室１３５…内にインク１１５を供給する。
【０００５】
ところで、従来技術のインクジェットプリンタヘッド１０１においては、これを構成するエネルギー発生素子１０３に複数の駆動部１２６…を形成するために、超音波ホーニング加工により複数の凹状溝１２５…を並列形成している。従って、この各凹状溝１２５…をエネルギー発生素子１０３の巾方向Ｂに亘って形成すると、その加工工数が多く掛かり、不経済なものとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するために、本発明の発明者は、エネルギー発生素子の両端側を閉鎖する壁部１２３〔図９（ａ）の２点鎖線で示す部分〕，１２４を有する状態で、各凹状溝１２５…を並列形成することにより、各凹状溝１２５…の超音波ホーニング加工の工数を最小限なものとして、各駆動部１２６…を形成することを考えた。
【０００７】
しかしながら、このようにエネルギー発生素子の両端側を閉鎖する壁部１２３，１２４を有して各凹状溝１２５…を形成すると、エネルギー発生素子１０３に対してダイヤフラム１３０が加熱接着されるので、このダイヤフラム１３０と各凹状溝１２５…とに気密空間１３１が区画され、加熱により各気密空間１３１内に存在する空気が膨張して、ダイヤフラム１３０も膨張する。そして、ダイヤフラム１３０をエネルギー発生素子１０３に接着した後に、常温まで冷えると、気密空間１３１内の空気が収縮して、図９（ｂ）に示すように、この空気の収縮に伴って、ダイヤフラム１３０も各凹状溝１２５…内に引き込まれるように変形される。
従って、この状態で、エネルギー発生素子１０３をキャビティプレート１０２に接合すると、ダイヤフラム１３０で区画される各インク溝室１３５…同士が遮断されずに、変形状態のダイヤフラム１３０の隙間でつながった状態になる。
この結果、エネルギー発生素子１０３の各駆動部１２６…を駆動すると、各インク溝室１３５…に発生する圧力が相互につながった隣りのインク溝室１３５…に逃げることになり、各インク溝室１３５…の一様な吐出圧を確保することができないという問題が発生した。
【０００８】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、エネルギー発生素子の加工工数の減少と、ダイヤフラムのエネルギー発生素子に対する加熱接着における膨張、収縮を防止して、各インク溝室から噴射されるインクの吐出圧を一様にして、均一な印字を可能とすることのできるジェットインクプリンタヘンドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明のインクジェットプリンタヘッドでは、
請求項１においては、並列して形成された複数のインク溝室とこれら複数のインク溝室を区画する複数の隔壁とを有するキャビティプレートと、
両端側に壁部を有して複数の凹状溝を並列形成することで、前記キャビティプレートの複数のインク溝室にそれぞれ対向する複数の駆動部が形成されたエネルギー発生素子と、
前記エネルギー発生素子の各駆動部側から当該エネルギー発生素子に加熱接着されるダイヤフラムとを備え、
前記複数の凹状溝は前記ダイヤフラムを介して前記複数の隔壁とそれぞれ対向しており、
前記エネルギー発生素子には、前記ダイヤフラムの加熱接着で各凹状溝に区画される気密空間が形成されると共に、
全ての前記凹状溝によりそれぞれ区画される全ての前記気密空間に直線的に連通し、これら気密空間内に存する空気を、外部に逃がす空気逃がし通路が形成されていることを特徴とするものである。
これにより、エネルギー発生素子は、各駆動部を形成するために最小限の凹状溝を並列形成すればよくなる。
また、エネルギー発生素子には、ダイヤフラムで各凹状溝に区画される気密空間内に存する空気を、外部に逃がす空気逃がし通路を形成して、常に、各気密空間を大気圧状態にしているので、エネルギー発生素子に対するダイヤフラムの加熱接着により、気密空間内の空気が膨張し、常温への冷却により収縮することをなくして、これに伴ってエネルギー発生素子に接着されるダイヤフラムを膨張、又は収縮させることを防止できる。
【００１０】
請求項２においては、前記凹状溝により前記エネルギー発生素子の略中央部に分離形成された複数の凸部が前記駆動部を構成し、
前記空気逃がし通路は、前記エネルギー発生素子に形成された溝により構成され、
全ての前記凹状溝によりそれぞれ区画される全ての前記気密空間を互いに連通させる直線的な通路であることを特徴とするものである。
これにより、ダイヤフラムと各凹状溝とで形成される各気密空間内から空気を逃がすための空気逃がし通路を形成するための溝加工が１つの工程ですむことになり、生産性が向上する。また、ダイヤフラムをエネルギー発生素子に加熱接着した後には、各気密空間の空気抜けが良くなるので、品質も向上する。
請求項３においては、前記空気逃がし通路の両端が、前記エネルギー発生素子の前記ダイヤフラムと接着される面以外の何れかの面において開口していることを特徴とするものである。
請求項４においては、前記エネルギー発生素子は、複数枚の積層された圧電材料シートとこれら複数枚の圧電材料シートの間に配置された内部電極層とを有する積層体からなり、前記積層体の、前記ダイヤフラム側の一部の前記圧電材料シートの間には前記内部電極層が形成されておらず、前記一部の圧電材料シートに前記空気逃がし通路が形成されていることを特徴とするものである。
請求項５においては、前記空気逃がし通路は、前記一部の圧電材料シートに形成された空気逃がし溝と前記ダイヤフラムとにより形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のインクジェットプリンタヘッドについて、図１乃至図８を参照して説明する。
【００１２】
図１において、インクジェットプリンタヘッド１（以下、単に「ヘッド１」という。）は、キャビティプレート２と圧電素子のエネルギー発生素子３とを互いに接合して構成されており、このエネルギー発生素子３の駆動によりインクを噴射する複数のノズル４ａ…を有している。これらのノズル４ａ…は、主走査方向Ｘに対して直交する副走査方向Ｙに一定間隔で配置されている。そして、ヘッド１は、これらのノズル４ａ…を用紙５に対して並行となるように対向させており、各ノズル４ａ…から噴射されたインクを用紙５に対して垂直方向に吹き付けるようになっている。これにより、ヘッド１の主走査と、用紙５の副走査とが繰り返されることによって、用紙５の全面又は一部にインクの吹き付けによる印字が施されるようになっている。
【００１３】
次に、ヘッド１を構成するキャビティプレート２と、エネルギー発生素子３との具体的な構成と、これら相互の接合構造について、図２乃至図８に基づいて説明する。
先ず、キャビティプレート２は、図２及び図３に示すように、樹脂もしくはセラミック材料による矩形状のプレートであり、その巾方向Ｂの両端側部９，１０を残して、この巾方向Ｂに延びる複数のインク溝１１…が形成されている。このインク溝１１…は、例えば、超音波ホーニング加工や射出成形法等により、相互にキャビティプレート２の長手方向Ａに並列となるように形成されている。また、キャビティプレート２には、各インク溝１１…の一方端１１ａに連通するインク供給溝１２が形成されており、このインク供給溝１２はキャビティプレート２の長手方向Ａの一端側に開口して、この方向Ａに延びている。
そして、各インク溝１１…は、図３に示すように、インク供給溝１２が連通している一方端１１ａとは反対側の他方端１１ｂに開口するインク吐出通路１３…に連絡されている。この各インク吐出通路１３…は、各インク溝１１…の他方端１１ｂからキャビティプレート２のノズル面２Ａに向かって（図３中の下側に向かって）段々に縮径して、このノズル面２Ａに開口しており、このノズル面２Ａに取り付けられたノズルプレート１４を貫通することで、ヘッド１のノズル４ａ…を形成している。尚、各インク溝１１…は、インク供給溝１２を介して図示しないインク貯留器に連絡されて、インク１５が供給されるようになっている。
【００１４】
一方、エネルギー発生素子３は、図４、図５R>５及び図８に示すように、圧電・電歪効果を有する矩形状のセラミックシート２０…を複数枚積層して矩形状の積層体に形成されている。エネルギー発生素子３は、その中央部が複数の凹状溝２５に分割されており、その分割された中央部であり且つ内部負電極層２１…と内部正電極層２２とに挟まれた複数の凸部を各駆動部２６…として有している。この各駆動部２６…は、キャピティープレート２の各インク溝１１…に対応するように形成されており、その幅は各インク溝１１…の幅より小さくしてある。
エネルギー発生素子３について詳細に説明を行う。エネルギー発生素子３を構成するセラミックシート２０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とする圧電材料からなり、そのセラミックシート２０の表面には、図８に示すように、Ａｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷した２種類の電極パターンが形成されている。その電極は、前記各インク溝１１…に１対１に対応するように複数に分割された内部正電極層２２…と、全てのインク溝１１…に亘る内部負電極層２１…である。尚、図８は説明の簡略化のために、駆動部２６を３つ有するエネルギー発生素子３の例を示している。
また、内部正電極層２１…及び内部負電極層２２…は、その先端部が対応するインク溝１１の伸長方向端部を幾分超えない部位で設けられ、２種のセラミックシート２０を積層されたエネルギー発生素子３において、内部正電極層２１…と内部負電極層２２…とが、凹状溝２５にて分割された駆動部２６のみで積層方向に対向するようにしてある。尚、積層されたセラミックシート２０の最下層より数層間には、内部電極層２１，２２が形成されていない。
また、エネルギー発生素子３は、図４に示すように、その巾方向Ｂの両端側に壁部２３，２４を有して、例えば、超音波ホーニング加工により各凹状溝２５…が相互にエネルギー発生素子３の長手方向Ａに並列となるように形成され、この一側端に各層の各内部負電極層２１…と通電する外部負電極２７と、各内部正電極層２２…と通電する外部正電極２８とが形成されている。
更に、エネルギー発生素子３には、空気逃がし溝２９が形成されている。この空気逃がし溝２９は、エネルギー発生素子３の長手方向Ａの両端側に開口して、各凹状溝２５…が延びる方向に直交する方向に亘って、且つ直線的に横切るように形成されている。これにより、各凹状溝２５…は、この空気逃がし溝２９により連通状態にされている。但し、空気逃がし溝２９は、各駆動部２６…において、前記内部電極層２１，２２が形成されていない最下層より数層分の厚み未満の深さで形成される。つまり、空気逃がし溝２９が形成されることによって、内部電極層２１，２２が分断されるようなことが無いように形成されている。尚、エネルギー発生素子３の各駆動部２６…が突出する側と反対側面には、ヘッド１を主走査する図示しない走行機構に連結されるベースプレート３０が取り付けられている。
【００１５】
そして、エネルギー発生素子３には、薄膜状のダイヤフラム３１が接着されている。このダイヤフラム３１は、各凹状溝２５…と空気逃がし溝２９とが開口する側から各壁部２３，２４と、各溝２５…，２９とが形成された他部分とに亘って塗布された接着剤を介して接着する。その後、ダイヤフラム３１を図示しない加熱器で加熱しつつ押圧力Ｐを均等作用させて、エネルギー発生素子３から剥がれることのないように強固に接着する。このとき、ダイヤフラム３１の加熱により、このダイヤフラム３１と各凹状溝２５…とで区画される各気密空間３２に存在する空気が熱膨張して、ダイヤフラム３１を膨らませようとするが、各凹状溝２５…をエネルギー発生素子３の外部に連通する空気逃がし溝２９を介して各気密空間３２内は大気圧状態にされているので、この各空間３２内に存在する空気が、空気逃がし溝２９を通してエネルギー発生素子３の外部に逃がされて、ダイヤフラム３１が膨らむことを防止している。また、エネルギー発生素子３に対するダイヤフラム３１の加熱接着した後、一旦、加熱された気密空間３２内の空気が常温まで冷やされて収縮して、ダイヤフラム３１を各凹状溝２５…内に引き込ませようとするが、上述の如く、各気密空間３２…は空気逃がし溝２９を介して大気圧状態にされているので、ダイヤフラム３１が収縮することを防止している。これにより、ダイヤフラム３１は、エネルギー発生素子３の平面３Ａに対して並行に張設される状態で、即ち、ダイヤフラム３１の膨張や収縮を防止しつつエネルギー発生素子３に加熱接着される。
【００１６】
以上のように構成されるキャビティプレート２とエネルギー発生素子３とは、図６（ａ）に示すように、各駆動部２６…を各インク溝１１…に対して並列に対向する状態で、キャビティプレート２の一端側部９にエネルギー発生素子３の壁部２４を接合し、他端側部１０に壁部２３を接合すると共に、この壁部２３がインク供給溝１２上を介して各インク溝１１…を構成する隔壁上部の一方端１１ａに接合することで、３点支持ａ〜ｃ状態にされている。これにより、ダイヤフラム３１は、図６（ｂ）にも示すように、キャビティプレート２の各インク溝１１…とインク供給溝１２の開口側から、各インク溝１１…とインク供給溝１２とを覆うようにキャビティプレート２の平面２Ｂに亘って接合されると共に、エネルギー発生素子３の平面３Ａに対して並行に張設状態で加熱接着されているので、各インク溝１１…とで、各インク溝１１を互いに遮断するように各インク溝室３５…を区画すると共に、インク供給溝１２との間でインク供給室３６を区画する。
【００１７】
そして、文字や図形からなるデータに応じて制御信号として、駆動電圧がエネルギー発生素子３の各外部電極２７，２８を介して各内部電極層２１，２２間に印加されると、このエネルギー発生素子３の各駆動部２６…が、図７（ａ）に示すように、各インク溝室３５…に物理的変形して突出するように駆動する。これにより、各駆動部２６…の駆動に追従して、ダイヤフラム３１が各インク溝室３５…の容積を減少させるように変形されるので、この容積減少に伴って各インク溝室３５…内には圧力Ｐ１が発生し、結果、インク１５が加圧されインク吐出通路１３…を介して各ノズル４ａ…からインク液滴２８Ａが噴射して、各ノズル４ａに対向する用紙５に吹き付ける。そして、文字や図形からなるデータに応じて、ヘッド１の主走査と、用紙５の副走査とが繰り返されることによって、用紙５の全面又は一部にインクの吹き付けによる印字が施されるようになっている。また、エネルギー発生素子３の各内部電極層２１，２２間に対する駆動電圧の印加を消失すると、各駆動部２６…はダイヤフラム３１の変形を解消しつつ元の形状に戻されるので、各インク溝室３５…の容積は増加する。これにより、各インク溝室３５…の容積増加に伴って、各インク溝室３５…内には負圧が発生し、結果、上記インク貯留器から各インク供給溝室３６にインク１５が供給される。このとき、ダイヤフラム３１は、図７（ｂ）にも示すように、エネルギー発生素子３の内部電極層２１，２２に駆動電圧を印加、消失することで、各駆動部２６…の駆動に伴ってこの各駆動部２６…に当接部分のダイヤフラム３１のみが変形し、又はその変形を解消して元の形状に復元される作動が繰り返えされるが、ダイヤフラム３１は、エネルギー発生素子３に対して張設状態で加熱接着されているので、各インク溝室３５…の相互を、常に遮断する状態でその変形、又は復元されることになる。この結果、各インク溝室３５…から噴射されるインク１５の吐出圧を一様にして、均一な印字が可能となる。
【００１８】
尚、本発明において、各インク溝室３５…を連絡してエネルギー発生素子３の外部に連通するものとして、インク溝１１…が並列する方向に延びる空気戻し溝２９について説明したが、これに限定されるものでなく、各インク溝１１…を貫通する空気逃げ孔としてもよく、各々のインク溝１１を個別に、複数の空気逃げ孔や溝等でエネルギー発生素子３の外部に連通する構成としてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
このように本発明のインクジェットプリンタヘッドによれば、請求項１では、エネルギー発生素子は、各駆動部を形成するために最小限の凹状溝を並列形成すればよくなる。また、エネルギー発生素子には、ダイヤフラムで各凹状溝に区画される気密空間内に存する空気を、外部に逃がす空気逃がし通路を形成して、常に、気密空気内を大気圧状態にしているので、エネルギー発生素子に対するダイヤフラムの加熱接着により、気密空間内の空気が膨張し、常温への冷却により収縮することをなくして、これに伴ってエネルギー発生素子に接着されるダイヤフラムを膨張、又は収縮させることを防止できる。この結果、エネルギー発生素子の加工工数を低減して経済的に作成することができると共に、キャビティプレートに接合した際に、ダイヤフラムで適正、且つ互いに遮断状態となる各インク溝室を区画することができるので、各インク溝室から噴射されるインクの吐出圧を一様にして、均一な印字が可能となる。
【００２０】
請求項２では、請求項１の効果に加えて、凹状溝によりエネルギー発生素子の略中央部に分離形成された複数の凸部が前記駆動部を構成し、空気逃がし通路は、エネルギー発生素子に形成された溝により構成され、全ての前記凹状溝によりそれぞれ区画される全ての前記気密空間を互いに連通させる直線的な通路としたので、ダイヤフラムと各凹状溝とで形成される各気密空間内から空気を逃がすための空気逃がし通路を形成するための溝加工が１つの工程ですむことになり、生産性が向上する。また、ダイヤフラムをエネルギー発生素子に加熱接着した後には、各気密空間の空気抜けが良くなるので、品質も向上する。
請求項３では、前記空気逃がし通路の両端が、前記エネルギー発生素子の前記ダイヤフラムと接着される面以外の何れかの面において開口している。
請求項４では、前記エネルギー発生素子は、複数枚の積層された圧電材料シートとこれら複数枚の圧電材料シートの間に配置された内部電極層とを有する積層体からなり、前記積層体の、前記ダイヤフラム側の一部の前記圧電材料シートの間には前記内部電極層が形成されておらず、前記一部の圧電材料シートに前記空気逃がし通路が形成されている。そのため、空気逃がし通路が形成されることによって、内部電極層が分断されるようなことが無い。
請求項５では、前記空気逃がし通路は、前記一部の圧電材料シートに形成された空気逃がし溝と前記ダイヤフラムとにより形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態のおけるインクジェットプリンタヘッドを構成するキャビティプレートを示す斜視図である。
【図３】 図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態のおけるインクジェットプリンタヘッドを構成するエネルギー発生素子を示す斜視図である。
【図５】 図４におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドを構成するキャビティプレートをエネルギー発生素子との接合状態を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は図６（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの作動を説明する図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は図７（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドを構成するエネルギー発生素子の構成を示す説明図である。
【図９】 従来技術のインクジェットプリンタヘッドの構成を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【符号の説明】
１ インクジェットプリンタヘッド
２ キャビティプレート
３ エネルギー発生素子
２３，２４ 壁部
２５ 凹状溝
２６ 駆動部
２９ 空気逃がし溝
３１ ダイヤフラム
３２ 空間
３５ インク溝室
【発明の属する技術分野】
本発明は、用紙にインクを吹き付けて印字するインクジェットプリンタに係わり、特に、インクを吹き付ける多数のノズルを有するインクジェットプリンタヘッドの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファクシミリ装置等の通信機器やパーソナルコンピュータ等の情報処理装置は、通常、文字や図形からなるデータを視覚情報として記録するように、これらのデータを用紙に印字可能なプリンタを有している。このプリンタは、インパクト方式や感熱方式、インクジェット方式等の各種の印字方式が採用されているが、近年においては、静粛性に優れていると共に各種材質の用紙に印字可能なインクジェット方式が多用されるようになっている。
上記インクジェットプリンタは、多数のノズルを有したインクジェットプリンタヘッドと用紙とを対向配置し、インクジェットプリンタヘッドを主走査、用紙を副走査しながら、出力データに対応するノズルからインクを噴射させて用紙に吹き付けることによって、用紙に文字や図形を印字するようになっている。
【０００３】
このような、従来技術におけるインクジェットプリンタヘッド１０１は、図９（ａ）に示すように、矩形状のキャビティプレート１０２と、矩形状のエネルギー発生素子１０３とを接合することにより形成されている。また、キャビティプレート１０２には、その巾方向Ｂに延びて形成されたインク溝１１１…を並列配置し、各インク溝１１１…にはインク供給溝１１２…と、ノズル１０４ａを形成するインク吐出通路１１３…とが連通している。エネルギー発生素子１０３には、この巾方向Ｂの一端側を閉鎖する壁部１２４を有して他端側に開口する凹状溝１２５…を長手方向Ａに並列形成することで、キャビティプレート１０２の各インク溝１１１…に対向する複数の駆動部１２６…が並列突設されていると共に、この各凹状溝１２５…との間で気密空間１３１…を区画するようにして薄膜状のダイヤフラム１３０が加熱接着されている。これにより、ダイヤフラム１３０と各インク溝１１１…とで各インク溝室１３５…を、又はインク供給溝１１２とでインク供給溝１３６を区画している。
【０００４】
そして、文字や図形からなるデータに応じて、駆動電圧をエネルギー発生素子１０３の各駆動部１２６…に印加して、各インク溝室１３５…に物理的変形して突出するように駆動することで、各インク溝室１３５…の容積減少に伴って各インク溝室１３５…に発生する圧力で、インク１１５を各ノズル１０４ａ…から噴射して、用紙１０５に吹きつける。また、エネルギー発生素子１０３に対する駆動電圧の印加を消失すると、各駆動部１２６…は元の形状に戻されるので、各インク溝室１３５…の容積増加に伴って発生する負圧で、インク供給溝室１３６から各インク溝室１３５…内にインク１１５を供給する。
【０００５】
ところで、従来技術のインクジェットプリンタヘッド１０１においては、これを構成するエネルギー発生素子１０３に複数の駆動部１２６…を形成するために、超音波ホーニング加工により複数の凹状溝１２５…を並列形成している。従って、この各凹状溝１２５…をエネルギー発生素子１０３の巾方向Ｂに亘って形成すると、その加工工数が多く掛かり、不経済なものとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するために、本発明の発明者は、エネルギー発生素子の両端側を閉鎖する壁部１２３〔図９（ａ）の２点鎖線で示す部分〕，１２４を有する状態で、各凹状溝１２５…を並列形成することにより、各凹状溝１２５…の超音波ホーニング加工の工数を最小限なものとして、各駆動部１２６…を形成することを考えた。
【０００７】
しかしながら、このようにエネルギー発生素子の両端側を閉鎖する壁部１２３，１２４を有して各凹状溝１２５…を形成すると、エネルギー発生素子１０３に対してダイヤフラム１３０が加熱接着されるので、このダイヤフラム１３０と各凹状溝１２５…とに気密空間１３１が区画され、加熱により各気密空間１３１内に存在する空気が膨張して、ダイヤフラム１３０も膨張する。そして、ダイヤフラム１３０をエネルギー発生素子１０３に接着した後に、常温まで冷えると、気密空間１３１内の空気が収縮して、図９（ｂ）に示すように、この空気の収縮に伴って、ダイヤフラム１３０も各凹状溝１２５…内に引き込まれるように変形される。
従って、この状態で、エネルギー発生素子１０３をキャビティプレート１０２に接合すると、ダイヤフラム１３０で区画される各インク溝室１３５…同士が遮断されずに、変形状態のダイヤフラム１３０の隙間でつながった状態になる。
この結果、エネルギー発生素子１０３の各駆動部１２６…を駆動すると、各インク溝室１３５…に発生する圧力が相互につながった隣りのインク溝室１３５…に逃げることになり、各インク溝室１３５…の一様な吐出圧を確保することができないという問題が発生した。
【０００８】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、エネルギー発生素子の加工工数の減少と、ダイヤフラムのエネルギー発生素子に対する加熱接着における膨張、収縮を防止して、各インク溝室から噴射されるインクの吐出圧を一様にして、均一な印字を可能とすることのできるジェットインクプリンタヘンドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明のインクジェットプリンタヘッドでは、
請求項１においては、並列して形成された複数のインク溝室とこれら複数のインク溝室を区画する複数の隔壁とを有するキャビティプレートと、
両端側に壁部を有して複数の凹状溝を並列形成することで、前記キャビティプレートの複数のインク溝室にそれぞれ対向する複数の駆動部が形成されたエネルギー発生素子と、
前記エネルギー発生素子の各駆動部側から当該エネルギー発生素子に加熱接着されるダイヤフラムとを備え、
前記複数の凹状溝は前記ダイヤフラムを介して前記複数の隔壁とそれぞれ対向しており、
前記エネルギー発生素子には、前記ダイヤフラムの加熱接着で各凹状溝に区画される気密空間が形成されると共に、
全ての前記凹状溝によりそれぞれ区画される全ての前記気密空間に直線的に連通し、これら気密空間内に存する空気を、外部に逃がす空気逃がし通路が形成されていることを特徴とするものである。
これにより、エネルギー発生素子は、各駆動部を形成するために最小限の凹状溝を並列形成すればよくなる。
また、エネルギー発生素子には、ダイヤフラムで各凹状溝に区画される気密空間内に存する空気を、外部に逃がす空気逃がし通路を形成して、常に、各気密空間を大気圧状態にしているので、エネルギー発生素子に対するダイヤフラムの加熱接着により、気密空間内の空気が膨張し、常温への冷却により収縮することをなくして、これに伴ってエネルギー発生素子に接着されるダイヤフラムを膨張、又は収縮させることを防止できる。
【００１０】
請求項２においては、前記凹状溝により前記エネルギー発生素子の略中央部に分離形成された複数の凸部が前記駆動部を構成し、
前記空気逃がし通路は、前記エネルギー発生素子に形成された溝により構成され、
全ての前記凹状溝によりそれぞれ区画される全ての前記気密空間を互いに連通させる直線的な通路であることを特徴とするものである。
これにより、ダイヤフラムと各凹状溝とで形成される各気密空間内から空気を逃がすための空気逃がし通路を形成するための溝加工が１つの工程ですむことになり、生産性が向上する。また、ダイヤフラムをエネルギー発生素子に加熱接着した後には、各気密空間の空気抜けが良くなるので、品質も向上する。
請求項３においては、前記空気逃がし通路の両端が、前記エネルギー発生素子の前記ダイヤフラムと接着される面以外の何れかの面において開口していることを特徴とするものである。
請求項４においては、前記エネルギー発生素子は、複数枚の積層された圧電材料シートとこれら複数枚の圧電材料シートの間に配置された内部電極層とを有する積層体からなり、前記積層体の、前記ダイヤフラム側の一部の前記圧電材料シートの間には前記内部電極層が形成されておらず、前記一部の圧電材料シートに前記空気逃がし通路が形成されていることを特徴とするものである。
請求項５においては、前記空気逃がし通路は、前記一部の圧電材料シートに形成された空気逃がし溝と前記ダイヤフラムとにより形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のインクジェットプリンタヘッドについて、図１乃至図８を参照して説明する。
【００１２】
図１において、インクジェットプリンタヘッド１（以下、単に「ヘッド１」という。）は、キャビティプレート２と圧電素子のエネルギー発生素子３とを互いに接合して構成されており、このエネルギー発生素子３の駆動によりインクを噴射する複数のノズル４ａ…を有している。これらのノズル４ａ…は、主走査方向Ｘに対して直交する副走査方向Ｙに一定間隔で配置されている。そして、ヘッド１は、これらのノズル４ａ…を用紙５に対して並行となるように対向させており、各ノズル４ａ…から噴射されたインクを用紙５に対して垂直方向に吹き付けるようになっている。これにより、ヘッド１の主走査と、用紙５の副走査とが繰り返されることによって、用紙５の全面又は一部にインクの吹き付けによる印字が施されるようになっている。
【００１３】
次に、ヘッド１を構成するキャビティプレート２と、エネルギー発生素子３との具体的な構成と、これら相互の接合構造について、図２乃至図８に基づいて説明する。
先ず、キャビティプレート２は、図２及び図３に示すように、樹脂もしくはセラミック材料による矩形状のプレートであり、その巾方向Ｂの両端側部９，１０を残して、この巾方向Ｂに延びる複数のインク溝１１…が形成されている。このインク溝１１…は、例えば、超音波ホーニング加工や射出成形法等により、相互にキャビティプレート２の長手方向Ａに並列となるように形成されている。また、キャビティプレート２には、各インク溝１１…の一方端１１ａに連通するインク供給溝１２が形成されており、このインク供給溝１２はキャビティプレート２の長手方向Ａの一端側に開口して、この方向Ａに延びている。
そして、各インク溝１１…は、図３に示すように、インク供給溝１２が連通している一方端１１ａとは反対側の他方端１１ｂに開口するインク吐出通路１３…に連絡されている。この各インク吐出通路１３…は、各インク溝１１…の他方端１１ｂからキャビティプレート２のノズル面２Ａに向かって（図３中の下側に向かって）段々に縮径して、このノズル面２Ａに開口しており、このノズル面２Ａに取り付けられたノズルプレート１４を貫通することで、ヘッド１のノズル４ａ…を形成している。尚、各インク溝１１…は、インク供給溝１２を介して図示しないインク貯留器に連絡されて、インク１５が供給されるようになっている。
【００１４】
一方、エネルギー発生素子３は、図４、図５R>５及び図８に示すように、圧電・電歪効果を有する矩形状のセラミックシート２０…を複数枚積層して矩形状の積層体に形成されている。エネルギー発生素子３は、その中央部が複数の凹状溝２５に分割されており、その分割された中央部であり且つ内部負電極層２１…と内部正電極層２２とに挟まれた複数の凸部を各駆動部２６…として有している。この各駆動部２６…は、キャピティープレート２の各インク溝１１…に対応するように形成されており、その幅は各インク溝１１…の幅より小さくしてある。
エネルギー発生素子３について詳細に説明を行う。エネルギー発生素子３を構成するセラミックシート２０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とする圧電材料からなり、そのセラミックシート２０の表面には、図８に示すように、Ａｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷した２種類の電極パターンが形成されている。その電極は、前記各インク溝１１…に１対１に対応するように複数に分割された内部正電極層２２…と、全てのインク溝１１…に亘る内部負電極層２１…である。尚、図８は説明の簡略化のために、駆動部２６を３つ有するエネルギー発生素子３の例を示している。
また、内部正電極層２１…及び内部負電極層２２…は、その先端部が対応するインク溝１１の伸長方向端部を幾分超えない部位で設けられ、２種のセラミックシート２０を積層されたエネルギー発生素子３において、内部正電極層２１…と内部負電極層２２…とが、凹状溝２５にて分割された駆動部２６のみで積層方向に対向するようにしてある。尚、積層されたセラミックシート２０の最下層より数層間には、内部電極層２１，２２が形成されていない。
また、エネルギー発生素子３は、図４に示すように、その巾方向Ｂの両端側に壁部２３，２４を有して、例えば、超音波ホーニング加工により各凹状溝２５…が相互にエネルギー発生素子３の長手方向Ａに並列となるように形成され、この一側端に各層の各内部負電極層２１…と通電する外部負電極２７と、各内部正電極層２２…と通電する外部正電極２８とが形成されている。
更に、エネルギー発生素子３には、空気逃がし溝２９が形成されている。この空気逃がし溝２９は、エネルギー発生素子３の長手方向Ａの両端側に開口して、各凹状溝２５…が延びる方向に直交する方向に亘って、且つ直線的に横切るように形成されている。これにより、各凹状溝２５…は、この空気逃がし溝２９により連通状態にされている。但し、空気逃がし溝２９は、各駆動部２６…において、前記内部電極層２１，２２が形成されていない最下層より数層分の厚み未満の深さで形成される。つまり、空気逃がし溝２９が形成されることによって、内部電極層２１，２２が分断されるようなことが無いように形成されている。尚、エネルギー発生素子３の各駆動部２６…が突出する側と反対側面には、ヘッド１を主走査する図示しない走行機構に連結されるベースプレート３０が取り付けられている。
【００１５】
そして、エネルギー発生素子３には、薄膜状のダイヤフラム３１が接着されている。このダイヤフラム３１は、各凹状溝２５…と空気逃がし溝２９とが開口する側から各壁部２３，２４と、各溝２５…，２９とが形成された他部分とに亘って塗布された接着剤を介して接着する。その後、ダイヤフラム３１を図示しない加熱器で加熱しつつ押圧力Ｐを均等作用させて、エネルギー発生素子３から剥がれることのないように強固に接着する。このとき、ダイヤフラム３１の加熱により、このダイヤフラム３１と各凹状溝２５…とで区画される各気密空間３２に存在する空気が熱膨張して、ダイヤフラム３１を膨らませようとするが、各凹状溝２５…をエネルギー発生素子３の外部に連通する空気逃がし溝２９を介して各気密空間３２内は大気圧状態にされているので、この各空間３２内に存在する空気が、空気逃がし溝２９を通してエネルギー発生素子３の外部に逃がされて、ダイヤフラム３１が膨らむことを防止している。また、エネルギー発生素子３に対するダイヤフラム３１の加熱接着した後、一旦、加熱された気密空間３２内の空気が常温まで冷やされて収縮して、ダイヤフラム３１を各凹状溝２５…内に引き込ませようとするが、上述の如く、各気密空間３２…は空気逃がし溝２９を介して大気圧状態にされているので、ダイヤフラム３１が収縮することを防止している。これにより、ダイヤフラム３１は、エネルギー発生素子３の平面３Ａに対して並行に張設される状態で、即ち、ダイヤフラム３１の膨張や収縮を防止しつつエネルギー発生素子３に加熱接着される。
【００１６】
以上のように構成されるキャビティプレート２とエネルギー発生素子３とは、図６（ａ）に示すように、各駆動部２６…を各インク溝１１…に対して並列に対向する状態で、キャビティプレート２の一端側部９にエネルギー発生素子３の壁部２４を接合し、他端側部１０に壁部２３を接合すると共に、この壁部２３がインク供給溝１２上を介して各インク溝１１…を構成する隔壁上部の一方端１１ａに接合することで、３点支持ａ〜ｃ状態にされている。これにより、ダイヤフラム３１は、図６（ｂ）にも示すように、キャビティプレート２の各インク溝１１…とインク供給溝１２の開口側から、各インク溝１１…とインク供給溝１２とを覆うようにキャビティプレート２の平面２Ｂに亘って接合されると共に、エネルギー発生素子３の平面３Ａに対して並行に張設状態で加熱接着されているので、各インク溝１１…とで、各インク溝１１を互いに遮断するように各インク溝室３５…を区画すると共に、インク供給溝１２との間でインク供給室３６を区画する。
【００１７】
そして、文字や図形からなるデータに応じて制御信号として、駆動電圧がエネルギー発生素子３の各外部電極２７，２８を介して各内部電極層２１，２２間に印加されると、このエネルギー発生素子３の各駆動部２６…が、図７（ａ）に示すように、各インク溝室３５…に物理的変形して突出するように駆動する。これにより、各駆動部２６…の駆動に追従して、ダイヤフラム３１が各インク溝室３５…の容積を減少させるように変形されるので、この容積減少に伴って各インク溝室３５…内には圧力Ｐ１が発生し、結果、インク１５が加圧されインク吐出通路１３…を介して各ノズル４ａ…からインク液滴２８Ａが噴射して、各ノズル４ａに対向する用紙５に吹き付ける。そして、文字や図形からなるデータに応じて、ヘッド１の主走査と、用紙５の副走査とが繰り返されることによって、用紙５の全面又は一部にインクの吹き付けによる印字が施されるようになっている。また、エネルギー発生素子３の各内部電極層２１，２２間に対する駆動電圧の印加を消失すると、各駆動部２６…はダイヤフラム３１の変形を解消しつつ元の形状に戻されるので、各インク溝室３５…の容積は増加する。これにより、各インク溝室３５…の容積増加に伴って、各インク溝室３５…内には負圧が発生し、結果、上記インク貯留器から各インク供給溝室３６にインク１５が供給される。このとき、ダイヤフラム３１は、図７（ｂ）にも示すように、エネルギー発生素子３の内部電極層２１，２２に駆動電圧を印加、消失することで、各駆動部２６…の駆動に伴ってこの各駆動部２６…に当接部分のダイヤフラム３１のみが変形し、又はその変形を解消して元の形状に復元される作動が繰り返えされるが、ダイヤフラム３１は、エネルギー発生素子３に対して張設状態で加熱接着されているので、各インク溝室３５…の相互を、常に遮断する状態でその変形、又は復元されることになる。この結果、各インク溝室３５…から噴射されるインク１５の吐出圧を一様にして、均一な印字が可能となる。
【００１８】
尚、本発明において、各インク溝室３５…を連絡してエネルギー発生素子３の外部に連通するものとして、インク溝１１…が並列する方向に延びる空気戻し溝２９について説明したが、これに限定されるものでなく、各インク溝１１…を貫通する空気逃げ孔としてもよく、各々のインク溝１１を個別に、複数の空気逃げ孔や溝等でエネルギー発生素子３の外部に連通する構成としてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
このように本発明のインクジェットプリンタヘッドによれば、請求項１では、エネルギー発生素子は、各駆動部を形成するために最小限の凹状溝を並列形成すればよくなる。また、エネルギー発生素子には、ダイヤフラムで各凹状溝に区画される気密空間内に存する空気を、外部に逃がす空気逃がし通路を形成して、常に、気密空気内を大気圧状態にしているので、エネルギー発生素子に対するダイヤフラムの加熱接着により、気密空間内の空気が膨張し、常温への冷却により収縮することをなくして、これに伴ってエネルギー発生素子に接着されるダイヤフラムを膨張、又は収縮させることを防止できる。この結果、エネルギー発生素子の加工工数を低減して経済的に作成することができると共に、キャビティプレートに接合した際に、ダイヤフラムで適正、且つ互いに遮断状態となる各インク溝室を区画することができるので、各インク溝室から噴射されるインクの吐出圧を一様にして、均一な印字が可能となる。
【００２０】
請求項２では、請求項１の効果に加えて、凹状溝によりエネルギー発生素子の略中央部に分離形成された複数の凸部が前記駆動部を構成し、空気逃がし通路は、エネルギー発生素子に形成された溝により構成され、全ての前記凹状溝によりそれぞれ区画される全ての前記気密空間を互いに連通させる直線的な通路としたので、ダイヤフラムと各凹状溝とで形成される各気密空間内から空気を逃がすための空気逃がし通路を形成するための溝加工が１つの工程ですむことになり、生産性が向上する。また、ダイヤフラムをエネルギー発生素子に加熱接着した後には、各気密空間の空気抜けが良くなるので、品質も向上する。
請求項３では、前記空気逃がし通路の両端が、前記エネルギー発生素子の前記ダイヤフラムと接着される面以外の何れかの面において開口している。
請求項４では、前記エネルギー発生素子は、複数枚の積層された圧電材料シートとこれら複数枚の圧電材料シートの間に配置された内部電極層とを有する積層体からなり、前記積層体の、前記ダイヤフラム側の一部の前記圧電材料シートの間には前記内部電極層が形成されておらず、前記一部の圧電材料シートに前記空気逃がし通路が形成されている。そのため、空気逃がし通路が形成されることによって、内部電極層が分断されるようなことが無い。
請求項５では、前記空気逃がし通路は、前記一部の圧電材料シートに形成された空気逃がし溝と前記ダイヤフラムとにより形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態のおけるインクジェットプリンタヘッドを構成するキャビティプレートを示す斜視図である。
【図３】 図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態のおけるインクジェットプリンタヘッドを構成するエネルギー発生素子を示す斜視図である。
【図５】 図４におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドを構成するキャビティプレートをエネルギー発生素子との接合状態を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は図６（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの作動を説明する図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は図７（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドを構成するエネルギー発生素子の構成を示す説明図である。
【図９】 従来技術のインクジェットプリンタヘッドの構成を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【符号の説明】
１ インクジェットプリンタヘッド
２ キャビティプレート
３ エネルギー発生素子
２３，２４ 壁部
２５ 凹状溝
２６ 駆動部
２９ 空気逃がし溝
３１ ダイヤフラム
３２ 空間
３５ インク溝室
Claims (5)
- 並列して形成された複数のインク溝室とこれら複数のインク溝室を区画する複数の隔壁とを有するキャビティプレートと、
両端側に壁部を有して複数の凹状溝を並列形成することで、前記キャビティプレートの複数のインク溝室にそれぞれ対向する複数の駆動部が形成されたエネルギー発生素子と、
前記エネルギー発生素子の各駆動部側から当該エネルギー発生素子に加熱接着されるダイヤフラムとを備え、
前記複数の凹状溝は前記ダイヤフラムを介して前記複数の隔壁とそれぞれ対向しており、
前記エネルギー発生素子には、前記ダイヤフラムの加熱接着で各凹状溝に区画される気密空間が形成されると共に、
全ての前記凹状溝によりそれぞれ区画される全ての前記気密空間に直線的に連通し、これら気密空間内に存する空気を、外部に逃がす空気逃がし通路が形成されていることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 前記凹状溝により前記エネルギー発生素子の略中央部に分離形成された複数の凸部が前記駆動部を構成し、
前記空気逃がし通路は、前記エネルギー発生素子に形成された溝により構成され、全ての前記凹状溝によりそれぞれ区画される全ての前記気密空間を互いに連通させる直線的な通路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プリンタヘッド。 - 前記空気逃がし通路の両端が、前記エネルギー発生素子の前記ダイヤフラムと接着される面以外の何れかの面において開口し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プリンタヘッド。
- 前記エネルギー発生素子は、複数枚の積層された圧電材料シートとこれら複数枚の圧電材料シートの間に配置された内部電極層とを有する積層体からなり、
前記積層体の、前記ダイヤフラム側の一部の前記圧電材料シートの間には前記内部電極層が形成されておらず、
前記一部の圧電材料シートに前記空気逃がし通路が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 前記空気逃がし通路は、前記一部の圧電材料シートに形成された空気逃がし溝と前記ダイヤフラムとにより形成されていることを特徴とする請求項４記載のインクジェットプリンタヘッド。
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