インクジェットヘッド

【課題】インクジェットヘッドの製造コストを安価にし、形状もコンパクトにする。
【解決手段】ノズル９ａに連通した複数の圧力室１７ａが平面に沿って配置された流路ユニットと、該流路ユニットの表面に固定されて、前記圧力室１７ａの容積を変化させる複数の圧電アクチュエーターユニットとを備えている。前記ノズル９ａはインクジェット平面視において、前記圧力室１７a出口中心から一定の距離ｒを有する円周上に位置している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して印刷を行うインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の圧力室がマトリックス状に隣接配置され、前記複数の圧力室に跨って台形のシート状圧電アクチュエーターユニットが配置され、前記圧電アクチュエーターユニットを交互にヘッド主走査方向に配列してラインヘッドを形成している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１４３４２
【特許文献２】
【非特許文献１】
【非特許文献２】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、特許文献１に記載されたようなタイプのインクジェットヘッドにおいて、複数の圧力室に跨って配置された圧電アクチュエーターユニットの外形が台形形状をしているために、前記圧電アクチュエーターユニットの製造において、大判シートからの複数枚同時の切断加工がより困難となり、取り数も低減する。
【０００５】
さらに、複数枚の圧電アクチュエーターユニットをヘッド副走査方向に交互に向きを違えてヘッド主走査方向に配列してラインヘッドを形成しているために、ヘッド外形が大きいものとなる。また、圧電アクチュエータの流路パーツへの接合も複雑な調整を要する。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、シート状圧電アクチュエーターユニットの外形を長方形にすることにより加工工数を低減することにある。
【０００７】
さらに、前記長方形の圧電アクチュエーターユニットをヘッド主走査方向に直線状に配列することによってヘッド形状をコンパクトにしている。また、印字品質も向上させることができる。
【課題を解決するための手段と効果】
【０００８】
本発明のインクジェットヘッドは、ノズルに連通した複数の圧力室が平面に沿って配置された流路ユニットと、前記流路ユニットの表面に固定されて、前記圧力室の容積を変化させる複数の圧電アクチュエーターユニットとを備えている。前記圧力室からノズルまでのインク流路はインクジェットヘッド平面視において、圧力室出口中心から一定の距離を有する円周上に位置するノズルに連通している。
【０００９】
前記円周上のノズル位置は、インクジェットヘッドの副走査方向に印字媒体が相対移動して印刷するときに、所定の印字解像度を有するように、複数配列された圧力室毎に、変化している。
【００１０】
前記ノズル位置の配列は、インクジェットヘッド主走査方向に一定の配列パターンを形成しており、このノズル配列パターンをヘッド主走査方向に繰り返し配置することにより、所定の長尺インクジェットヘッドを形成する。
【００１１】
前記ノズル配列パターンは、略菱形をした前記圧力室の長軸の一方の出口中心からと、その反対側の圧力室出口中心からとのノズルへのインク流路を組み合わせて、所定の印字解像度を形成するように、構成されている。
【００１２】
この構成において、前記ノズル配列パターンに対応する複数の圧力室配列パターンも形成され、インクジェットヘッド主走査方向に繰り返し配置される。前期各圧力室のヘッド主走査方向の間隔が、各前記圧力室パターン間において、最大の距離を有するように構成となっている。
【００１３】
この構成によって、前記圧力室配列パターンの前記最大間隔の位置が、複数の前記アクチュエーターユニットの分割位置となる。これにより、アクチュエーターユニットの接着誤差等を含めた位置ずれに対応できる隙間を確保できる。
【００１４】
本発明によって、複数の長方形のアクチュエーターユニットを、インクジェット主走査方向に直線状に配置できる。さらに、アクチュエーターユニットの外形寸法は、前記圧力室配列パターンの一個あるいは複数に跨る形状となる。これにより、インクジェットヘッドの形状はコンパクトとなり、ヘッド及びアクチュエーターユニットの製造が安価となる。また、各ノズル列がインクジェットヘッド主走査方向に直線状に配置されており、印字品質も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、本実施の形態のインクジェットヘッド１を分解して示す斜視図である。図２は、本実施の形態のインクジェットヘッド１を構成する積層体の一部を拡大して示す分解斜視図である。
【００１６】
図１及び図２を参照して、ヘッド本体８について説明する。ヘッド本体８は下層からノズルプレート９、ベースプレート１０、第１流路プレート１１、第２流路プレート１２、第３流路プレート１３、供給プレート１４、絞りプレート１５、連結プレート１６、圧力室プレート１７、の９枚の薄い金属板を積層した構造となっている。これらの金属板は相互に接着剤により貼り付けられている。圧力室プレート１７の上に長方形の４枚の圧電アクチュエーターユニット１８も接着剤により貼り付けられる。圧電アクチュエーターユニット１８の表面電極は４個のフレキシブルプリント基板１９と電気的に接続される。
【００１７】
ノズルプレート９には、図２及び図３に示すように、微小径のインク噴出用ノズル９ａが多数個複数のノズル列に沿って穿設されている。ノズル９ａのピッチ間隔は、複数のノズル列でもって、インクジェットヘッド副走査方向に印字媒体が走査した場合に、所定の印字解像度を得られるように、所定のピッチで配置されている。
また、底プレーと１０には、前記ノズル９ａに連通した微小径のインク通路である貫通孔１０ａが多数穿設されている。
【００１８】
また第１流路プレート１１と第２流路プレート１２には、前記貫通孔１０ａに連通した微小径のインク通路である貫通孔１１ａと１２ａが多数穿設されている。また、第１流路プレート１１と第２流路プレート１２には、インク導入口１７ｂ（図１０参照）からインクを供給するインク供給路１１ｂ及び１２ｂが形成されている。
【００１９】
また第３流路プレート１３には、前記貫通孔１２ａに連通する長円のインク通路１３ａが多数穿設されている。また第３流路プレート１３におけるインク供給路１２ｂに対応する位置には、インク供給路１３ｂが形成されている。
【００２０】
また、供給プレート１４には、前記インク通路１３ａに連通する長円のインク通路１４ａが多数穿設されている。また、供給プレート１４には、上記インク供給路１３ｂに対応する位置に、微小の貫通孔１４ｂが形成されている。また、絞りプレート１５には、インク通路１４ａに連通する長円のインク通路１５ａが多数穿設されている。また絞りプレート１５には、インク供給路１４ｂに対応する位置に貫通孔１５ｂが形成されている。この絞りプレート１５の貫通孔１５ｂは、流路抵抗を大きくするための絞り流路１５ｃと連通している。絞り流路１５ｃの貫通孔１５ｂの反対側には、貫通孔１５ｄが形成されている。
【００２１】
また、連結プレート１６には、前記インク通路１５ａに連通した長円のインク通路１６ａが複数形成されている。
さらに、圧力室プレート１７には、図４に示すように、ほぼ菱形のインク圧力室１７ａがマトリックス状に多数配置され、インク圧力室１７ａの一方の鋭角部１７ａ１（１７ａ２の場合もある）は、インク圧力室１７ａにインクを供給するため貫通孔１６ｂと連設し、またインク圧力室１７ａの他方の鋭角部１７ａ２（１７ａ１の場合もある）は、前記ノズル９ａにインクを送り出すためのインク通路１６ａと連設している。
【００２２】
圧力室プレート１７の上方には、図１に示す長方形形状の圧電アクチュエーターユニット１８が接着剤により貼り付けられるが、圧電アクチュエーターユニットは２枚の圧電シート（図示せず）が積層され、最上層に表面電極１８ａ（図９参照）が形成され、圧電シートの第１層と第２層間に内部電極が形成されている。上記複数の表面電極１８ａの形状と位置は圧力室１７ａの形状と位置に対応している。上記表面電極１８ａには、それぞれ駆動電極１８ｂが設けられており、個々の駆動電極１８ｂはフレキシブルプリント基板１９に接着され、それぞれ独立に駆動信号を送出して、対応する圧力室１７ａ内のインクに噴射圧力を与えることができる。
【００２３】
次に、圧力室１７ａとノズル９ａ位置関係について図４を参照して説明する。図４は圧力室１７ａからノズル９ａに連通するインク通路の一部を平面視した図である。菱形の圧力室１７ａの長軸と斜辺を延長した線の交点を１７ｃとして、上記交点１７ｃを中心とする所定の半径ｒの円周上に、全てのノズル９ａは位置する。さらに、ノズル９ａの円周上の位置は、ヘッド副走査方向に印字媒体が相対移動して印刷されたときに、所定の印字解像度（ここでは６００ｄｐｉ）を形成するように位置を変えている。ここで、インク通路１５ａ、１４ａ、１３ａは、ノズル９ａと同心上にあるインク通路１２ａに連通するように各圧力室１７ａ毎に傾斜をもって配置されている。
【００２４】
次に、図５を参照して、ノズル９ａの配列パターンを説明する。図５は圧力室１７ａとノズル９ａの配列を平面視した図である。ここでは、ヘッド副走査方向の圧力室列は１６列としている。図５中に示される複数の小円は、前記交点１７ｃを中心とする半径ｒの円を示している。圧力室１７ａからノズル９ａへのインク通路は、前記１６列の圧力室列において、菱形圧力室の長軸の反対側の鋭角部１７ａ１側からも取り出されている。この圧力室長軸１７ａ１側にノズル９ａへのインク通路を設けている圧力室１７ａの行内の個数をヘッド主走査方向に増減させることにより、印刷時に所定の印字解像度（６００ｄｐｉ）を形成している。図６はノズル配列のみを示している。図７は圧力室１７ａの配列の一部を示している。
【００２５】
ここで、図５及び図６を参照してノズル９ａと圧力室１７ａの配列パターンを説明する。図５に示すように、ノズル９ａと圧力室１７ａの配列パターン１は、ヘッド主走査方向に繰り返し配置されている。図５中に示される配列パターン１と配列パターン２は同じ配列パターンとなっている。上記配列パターンを、ヘッド主走査方向に繰り返し配置して、所定の長さの長尺インクジェットヘッドを形成させている。ここで、各配列パターン間の配置間隔は、所定の印字解像度（ここでは６００ｄｐｉ）が得られるような距離となっている。
【００２６】
さらに、図５に示すように、配列パターン１は、ヘッド副走査方向に配列パターン１Ａと配列パターン１Ｂに分けられている。配列パターン１Ａ及び配列パターン１Ｂは、印字媒体がヘッド副走査方向に走査して印刷される場合に、それぞれの配列パターンで３００ｄｐｉの印字解像度が得られる配列となっている。
【００２７】
ここで、図８を参照して本発明における圧力室１７ａとノズル９ａの位置関係を説明する。略菱形の圧力室１７ａの長軸と斜辺の交点１７ｃ１及び１７ｃ２を中心として、ノズル９ａまでの距離である半径ｒは、印字解像度６００ｄｐｉに相当するノズル間隔のｐ＝０．０４２ｍｍの６倍に相当するｒ＝０．２５４ｍｍとなっている。交点１７ｃ１と交点１７ｃ２のヘッド主走査方向の距離はｐ（＝０．０４２ｍｍ）の１１倍となっている。さらに、ヘッド主走査方向での隣接圧力室のそれぞれの交点１７ｃ２間の距離はｐの１５（＝ｎとする）倍となっている。ここで、ヘッド副走査方向でのノズル列数はｎ＋１列以上が必要となる。本発明においては１６列（図６参照）となっている。
【００２８】
次に、図９を参照して圧電アクチュエーターユニット１８を説明する。本発明で示された圧電アクチュエーターユニット１８の平面視を図９に示す。圧電アクチュエーターの表面電極１８ａは、圧力室１７ａの位置に対応して配列されている。表面電極１８ａには信号取り出し部１８ｂが接続されている。上記圧電アクチュエーター４枚は、ヘッド主走査方向にｇ（＝約０．２ｍｍ）の間隔をあけて圧力室プレート１７に接着されている。上記間隔ｇの位置は、前記圧力室１７ａの配列パターンのヘッド主走査方向への繰り返し配置における各配列パターン間に存在する。すなわち、前記ｇの位置は、ヘッド主走査方向に隣接圧力室１７ａの位置間隔が最も広くなる個所となっている。本発明では、ヘッド主走査方向の圧力室１７ａ間距離が大きくなる個所（ここ以外では前期距離ｐとなっている）が周期的に発現して、長尺一体の製造が困難な圧電アクチュエーターシートの分割接着部を設けることを可能にしている。
【００２９】
図１０にヘッド全体の斜視図を示す。ヘッドには、インク供給口１７ｂにより外部からインクが供給される。
【００３０】
以上説明した通り、請求項１から請求項６による発明によって、同一形状の長方形の圧電アクチュエーターユニットを、ヘッド主走査方向に任意の個数だけ直線的に配置して接着し、所定の長さの長尺インクジェットヘッドを製造できる。これによりヘッド形状がコンパクトとなる。さらに、ヘッドの製造コスト及び印刷機内でのヘッドの設置空間の低減が可能となる。また、各ノズル列（ここでは１６列）が、ヘッド主走査方向に直線状に配列されており、優れた印字品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
【図２】本実施の形態のインクジェットヘッドを構成する積層体の一部を拡大して概念的に示す断面図である。
【図３】本実施の形態のインクジェットヘッドを構成する積層体の一部を拡大して示すインク流路断面図である。
【図４】本実施の形態の圧力室とノズル位置を示す拡大正面図である。
【図５】本実施の形態の圧力室とノズル位置関係を示す正面全体配列図である。
【図６】本実施の形態のノズル配列だけを示した正面図である。
【図７】本実施の形態の圧力室プレートの一部を示した斜視図である。
【図８】本実施の形態の圧力室とノズルの位置関係の一部を拡大して示す正面図である。
【図９】本実施の形態の圧電アクチュエーターユニットの一枚を示した正面図である。
【図１０】本実施の形態のインクジェットヘッドの組立斜視図である。
【・・・・】

【符号の説明】
１インクジェットヘッド
９ノズルプレート
１０ベースプレート
１１第１流路プレート
１２第２流路プレート
１３第３流路プレート
１４供給プレート
１５絞りプレート
１６連結プレート
１７圧力室プレート
１７ａ圧力室
１７ｂインク供給口
１８圧電アクチュエーターユニット
１８ａ表面電極
１８ｂ駆動電極

【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク噴射用のノズルに連通する複数の圧力室が平面に沿って配置された流路ユニットと、前記流路ユニットの表面に固定されて、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータとを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記ノズルは前記圧力室の流路出口から、ヘッド平面視において所定の半径の円周上の位置に配置されており、各圧力室に連通する前記各ノズルの円周上の位置は、所定の印字解像度によって決定されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
複数の前記ノズルの配列は、ヘッド主走査方向に平行に配置され、副走査方向に所定の印字解像度の整数倍の間隔で配列されている事を特徴とする請求項１に記載されているインクジェットヘッド
【請求項３】
前記複数のノズルの配列は、ヘッド主走査方向に所定の解像度を有する一定のマトリックスパターン配列を形成し、このマトリックスパターン配列をヘッド主走査方向に任意の個数を配置してラインヘッドを形成する事を特徴とする請求項１に記載されているインクジェットヘッド
【請求項４】
前記圧力室の表面に固定されている圧電アクチュエーターユニットは、複数の圧力室に跨り板状長方形であり、前記圧電アクチュエーターユニットの前記長方形の一辺を、ヘッド主走査方向に平行な直線上にそろえて複数個配置し、長尺のラインヘッドを形成することを特徴とする請求項１，２又は３に記載されているインクジェットヘッド
【請求項５】
前記圧力室を含むインク流路は、圧力室からノズルまで各一体の板状部材を積層接合して形成されており、前記圧力室は、ヘッド平面視において、所定の配列パターンで配置され、複数の前記配列パターンがヘッド主走査方向に繰返し配置されラインヘッドを形成することを特徴とする請求項１〜４に記載されているインクジェットヘッド
【請求項６】
前記圧電アクチュエーターユニットの分割位置は、前記圧力室の配列パターン間に位置しヘッド主走査方向に隣接圧力室間距離が最大のところにあることを特徴とする請求項１〜５に記載のインクジェットヘッド

【図１】