JP2001138528A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合後のノズルプレートとベースプレートの
接合界面に生じる応力を容易に低減し、信頼性の高いイ
ンクジェット記録ヘッドを提供する。 【解決手段】 ステンレス鋼製の中心板３０１とニッケ
ル製のノズルプレート３０３とを熱硬化製の接着剤５０
１を用いて接合する場合、中心板３０１の接合界面の端
部に、スクエア状のスリット部３０２を設ける。これに
より、熱膨張率の相違から接合界面端部に生じるせん断
応力が吸収緩和され、約２０〜３０％の応力緩和が実現
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
ヘッドに関し、特に、ベースプレートとノズルプレート
とが接合された場合に接合界面の応力の発生が低減され
るように改良されたインクジェット記録ヘッドに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、インクジェット記録方式にお
いては印字速度の高速化が求められていた。このため、
インクジェット記録ヘッド（以下、単に「ヘッド」と略
す場合がある）には複数のノズルを備え、ある程度の印
字幅を有したいわゆるマルチノズルヘッドを用いること
が一般的となっている。

【０００３】しかし、印字速度のより高速化を実現する
ためには、より多くのノズルを有し、より印字幅の広い
ヘッドを用いることが望まれる。このため、ヘッドは益
々、長尺化する傾向にあった。

【０００４】一般に、ヘッドは、流路や加圧室等を備え
たベースプレートと、インクを吐出させるためのノズル
プレートとが接着剤により接合されて製造されるもので
ある。この際、使用される接着剤は熱硬化性の樹脂であ
り、また、加工上の都合によりベースプレートとノズル
プレートとは異なる材質が用いられることが多い。

【０００５】したがって、ベースプレートとノズルプレ
ートとを、接着剤が硬化する温度、例えば１３０℃まで
加熱して接着させた後、室温、例えば２５℃まで冷却す
ると、両者の熱膨張率の相違から接合界面に応力が生じ
ることになる。

【０００６】このような応力は、ヘッドが短尺である場
合には殆ど問題のないレベルであったが、ヘッドの長尺
化に伴い、無視できない問題として顕在化してきた。つ
まり、ヘッドの横幅に比例して接着界面に生じる最大応
力も増加し、場合によっては、ノズルプレートの剥離に
至ることもあった。また、ノズルプレートの剥離にまで
は至らなくても、インク加圧室間の連通やノズルプレー
トの反りによる不具合が発生し、ヘッド自体の信頼性を
著しく損なう結果となっていた。

【０００７】このような接合後の応力発生による種々の
問題を解決すべく、特開平９−１３１８８１では、ベー
スプレートに、予め反りが小さくなるように逆の反りを
もたせるという技術が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−１３１８８１に示された技術では、ベースプレート
に線膨張係数の異なる別部材を接合する等、予め逆の反
りをもたせるための何らかの加工が別途必要であった。
しかも、反り量の制御は決して容易なものではなかっ
た。

【０００９】本発明はかかる実状に鑑み考え出されたも
のであり、その目的は、接合後の接合界面に生じる応力
を容易に低減し、信頼性の高いインクジェット記録ヘッ
ドを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のある局面に従うと、加圧室を含むインク流
路の少なくとも一部を片面または両面に備えたベースプ
レートと、加圧室に連通し、インクを飛翔させる複数の
ノズルを有するノズルプレートとを備えたインクジェッ
ト記録ヘッドは、ノズルプレートは、ベースプレートと
の接合界面の端部に、ベースプレートと接合されない非
接合部を備える。

【００１１】この発明に従うと、ノズルプレート上に、
ベースプレートとの接合界面の端部に非接合部分が存在
するため、接合界面端部に生じるせん断応力は吸収緩和
される。したがって、接合後の接合界面に生じる応力を
容易に低減し、信頼性の高いインクジェット記録ヘッド
を提供することが可能となる。

【００１２】好ましくは、前記インクジェット記録ヘッ
ドにおいて、ベースプレートは、ノズルプレートとの接
合界面の端部にスリット部を備え、非接合部はスリット
部に対応するノズルプレート上の部分で構成される。

【００１３】これによると、ベースプレートにスリット
部を設けることにより容易にノズルプレート上に非接合
部を設けることができる。したがって、より容易な構成
で接合界面に生じる応力の低減を図ることが可能とな
る。

【００１４】また、好ましくは、前記インクジェット記
録ヘッドは、スリット部の隅部に、面取り加工、Ｒ加
工、またはマルチスリット加工のいずれか１以上の加工
が施される。

【００１５】スリット部の隅部に、面取り加工やＲ加
工、マルチスリット（微小スリット）加工等が施される
ことにより、接着界面の端部に生じる応力集中を回避す
ることができ、一層の応力緩和を図ることができる。

【００１６】さらに、好ましくは、前記インクジェット
記録ヘッドにおいて、非接合部はノズルプレート上の接
着剤が存在しない部分により構成される。

【００１７】これによると、ノズルプレート上の接合界
面の端部に接着剤が存在しない部分を設けることによ
り、容易に非接合部を設けることができる。したがっ
て、より容易な構成で接合界面に生じる応力の低減を図
ることが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。

【００１９】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態におけるインクジェット記録ヘッドを利
用したインクジェット記録装置１０の全体構成を示した
図である。本図を参照して、インクジェット記録装置１
０は、インクジェット方式でノズルからインクを吐出さ
せるＣＭＹＫ４個のラインヘッド１０１と、各色のイン
クが溜められている４個のインクタンク１０７と、イン
クタンク１０７のインクをラインヘッド１０１に供給す
るための４本のインクパイプ１０３とを備えている。

【００２０】ここで、ラインヘッド１０１は、用紙幅に
対応した所定の長さを有しており、両端がキャリッジベ
ルト１０５に固定されている。このため、キャリッジベ
ルト１０５の回転によって用紙上を往復移動し、用紙全
体への印字を行なうことができる。

【００２１】また、インクジェット記録装置１０は、記
録用の用紙を給紙するための給紙部１０９と、給紙部１
０９から送られてきた用紙を搬送するための搬送ローラ
１１１と、用紙を印字位置まで搬送等するための搬送ベ
ルト１１３と、送られてきた用紙を印字位置で搬送ベル
ト１１３上に吸着させるための吸着装置１１５と、印字
後の用紙を排出するための排出部１１７とを備えてい
る。

【００２２】図２は、図１のインクジェット記録装置１
０の動作制御を説明するための機能ブロック図である。
本図を参照して、インクジェット記録装置１０のメイン
コントローラ２０１は、スキャナ等から読取った画像デ
ータをホストコンピュータ２０３から受け取り、１フレ
ーム単位でバッファ用のフレームメモリ２０５に格納す
る。そして、フレームメモリ２０５から読み出した画像
を基に、ドライバコントローラ２１５およびヘッドドラ
イバコントローラ２１７を介して、ラインヘッド１０１
の吐出信号を所定のタイミングで制御する。

【００２３】また、メインコントローラ２０１は、印字
の際に、モータドライバ２０７および２１１を通してキ
ャリッジ送りモータ２０９および紙送りモータ２０９の
駆動制御を行なう。

【００２４】図３は、図１のラインヘッド１０１の構成
の詳細を説明するための一部分解斜視図である。図３を
参照して、ラインヘッド１０１は、、接合界面の両端に
スリット部３０２が設けられている中心板（ベースプレ
ート）３０１と、インクを吐出させるための複数のノズ
ルを有するノズルプレート３０３と、ヘッドを両側から
挟むように保持するホルダ３１３とを備えている。

【００２５】ここで、中心板３０１とノズルプレート３
０３とは、中心板３０１の端面の各流路がノズルプレー
ト３０３の対応するノズル位置にくるように、相互に垂
直に接合されている。

【００２６】ラインヘッド１０１は、さらに、インクを
引き出す流路を形成するための引出板３０５と、インレ
ットを形成するためのインレットプレート３０７と、イ
ンクチャネル（加圧室）を形成するためのチャネルプレ
ート３０９と、インク吐出の駆動源である圧電素子３１
１と、圧電素子３１１に電圧を印加するためのフレキシ
ブルケーブル３１５とを備えている。

【００２７】これらは、図に示されるように、中心板３
０１の両面に対称に設けられている。そして、分解され
ている部分で構成されるヘッドセルが、ここでは、３セ
ル並べられることによりラインヘッド１０１のライン幅
が確保されている。

【００２８】このような構成により、ラインヘッド１０
１は、中心板３０１の両サイドからインクが吐出するよ
うになっている。具体的には、片面４５ｎｐｉ（ｎｏｚ
ｚｌｅ／ｉｎｃｈ）ずつのノズルが両面に千鳥格子状に
配列され、合わせて９０ｎｐｉの性能を実現させてい
る。

【００２９】図４は、図１のラインヘッド１０１の長尺
方向に対して垂直な面を示した断面図である。上側は、
奇数列のノズルからインクが吐出している場合を示す断
面図であり、下側は、偶数列のノズルからインクが吐出
している場合を示す断面図である。したがって、これら
２つの断面図は、それぞれ、一方に対して他方を９０ｎ
ｐｉだけ長尺方向にシフトさせたものに相当する。な
お、ここで用いられる符号と図３の符号とが一致するも
のについては重複した説明を省略する。

【００３０】ラインヘッド１０１は、本図に示すよう
に、中心板３０１の外側に、引出板３０５、インレット
プレート３０７、および、チャネルプレート３０９が積
層されて、インク流路４０３が形成されている。なお、
チャネルプレート３０９と圧電素子３１１との間には、
振動板４０１が備えられており、チャネルプレート３０
９と振動板４０１とで、インク流路４０３の一部である
加圧室が形成されることになる。

【００３１】圧電素子３１１に電圧が印加されると、圧
電素子３１１は圧電現象により矢印の方向に縮もうとす
る。この場合、圧電素子３１１の片面は振動板４０１に
拘束されているため、自由に縮むことができない。した
がって、圧電素子３１１は図のように加圧室を押す方向
（本図では紙面縦方向を加圧方向とする）に撓むことに
なる。この撓みによって、圧力を発生させノズルプレー
ト３０３の該当するノズルからインク滴を吐出させる。

【００３２】このような構成のラインヘッド１０１にお
いては、中心板３０１とノズルプレート３０３とは、圧
電素子３１１の撓む方向（加圧方向）とインク吐出方向
とが垂直となるように接合されている。

【００３３】なお、ここでは、ノズルが千鳥配列されて
いる場合を示しているが、ノズルプレート３０３内にお
いて斜めの流路を設けることにより、最終的にインクが
吐出するためのノズル穴が１ラインに並ぶようにしても
よい。

【００３４】次に、中心板３０１とノズルプレート３０
３との接合状態を説明するために、図５に、ラインヘッ
ド１０１から中心板３０１とノズルプレート３０３のみ
を取出した正面図を示す。本図を参照して、中心板３０
１はＳＵＳ（ステンレス鋼）を使用しており、厚みｔ=
１．５［ｍｍ］、横幅Ｌ=７２．４［ｍｍ］、高さ１
３．５［ｍｍ］の形状をしている。また、ノズルプレー
ト３０３はニッケル（Ｎｉ）を使用しており、縦幅（本
図では紙面垂直方向の長さ）ｔ=１０．０［ｍｍ］、横
幅８０［ｍｍ］、厚み（本図では紙面縦方向の長さ）
０．１５［ｍｍ］の形状をしている。そして、中心板３
０１の接合界面の両端部には、スリット部３０２が設け
られている。

【００３５】両者の接合面には、層厚約３［μｍ］のエ
ポキシ系の接着剤５０１が塗布されている。これを２時
間１３０℃の温度で加熱して熱硬化させ、両者を接合さ
せる。そして、接合後、２５℃の室温まで冷却させる。
この場合、ニッケルの方がＳＵＳよりも熱膨張率が大き
いため、ニッケルを使用しているノズルプレート３０３
の方がＳＵＳを使用している中心板３０１よりも大きく
収縮しようとする。このため、両者の接合界面にはせん
断応力が生じる。例えば、スリット部３０２が無い場
合、接合界面の端部には、約１．４×９．８［Ｎ／ｍｍ
²］もの最大せん断応力が生じる。

【００３６】図６は、図５に示す中心板３０１とノズル
プレート３０３との正面図を一部拡大した図である。本
図を参照して、中心板３０１の接合界面の端部には、ス
クエア状のスリット部３０２が設けられている。

【００３７】このようにスリット部３０２が設けられる
と、接合界面端部に生じていたせん断応力が吸収緩和さ
れ、約２０〜３０％の応力緩和が実現可能となる。ま
た、端部から剥離が発生しても、スリット部３０２によ
り、剥離の進行を抑えることができる。

【００３８】さらに、中心板３０１とノズルプレート３
０３とを接合する際の位置決めとして、スリット部３０
２を利用することもできる。

【００３９】なお、ここでは、中心板３０１の接合界面
の両端にそれぞれ１つずつスリット部３０２が設けられ
ている場合を示しているが、図７のように、複数のスリ
ット部３０２を設けるようにしてもよい。複数のスリッ
ト部３０２を設けることにより、界面に生じるせん断応
力の緩和をより一層図ることが可能となる。

【００４０】＜変形例＞次に、第１の実施の形態におけ
るインクジェットヘッドの変形例について説明する。図
８は、スリット部３０２の隅部に加工を施した場合の中
心板３０１とノズルプレート３０３との接合状態を示す
図である。図８（ａ）は、スリット部３０２の隅部に面
取り加工を施した場合を示しており、図８（ｂ）は、ス
リット部３０２の隅部にＲ加工を施した場合を示してい
る。

【００４１】このように、スリット部３０２の隅部に面
取り加工またはＲ加工を施すことにより、接合界面の端
部に生じる応力集中を緩和させることができる。

【００４２】また、図８（ｃ）には、スリット部３０２
の隅部にマルチスリット（複数の微小スリット）加工を
施した場合の接合状態を示している。このように、マル
チスリット加工を施すことにより、接合界面の端部に生
じるせん断応力がマルチスリットで吸収され、応力緩和
を図ることができる。

【００４３】なお、図６〜図８においては、中心板３０
１とノズルプレート３０３間の接着剤５０１は、スリッ
ト部３０２に対応する部分のノズルプレート３０３上に
は存在しない構成となっているが、これには限定され
ず、存在させるようにしてもよい。

【００４４】［第２の実施の形態］続いて、本発明の第
２の実施の形態におけるインクジェット記録ヘッドにつ
いて説明する。第２の実施の形態におけるインクジェッ
ト記録ヘッドは、第１の実施の形態におけるインクジェ
ット記録ヘッドとは異なり、中心板３０１にはスリット
加工を行なわない。その代わりに、中心板３０１とノズ
ルプレート３０３との接合界面に接着剤５０１の存在し
ない空間（空隙部）を設けている。

【００４５】図９は、中心板３０１とノズルプレート３
０３の接合界面の端部に１つの空隙部９０１を設けた場
合の接合状態を示した図である。説明の便宜上、接着剤
５０１の厚みを厚く記載している。本図に示すように、
接着剤５０１の層中に、接着剤５０１の存在しない空隙
部９０１を設けることにより、接合界面に生じる最大せ
ん断応力を緩和することができる。

【００４６】なお、図１０に示すように、接合界面の端
部に複数の空隙部９０１を設け、応力緩和を図るように
してもよい。

【００４７】図１１は、接合界面の端部に３つの空隙部
９０１を設けた場合に生じるせん断応力を、空隙部を設
けない場合に生じるせん断応力と比較して示した図であ
る。横軸に中心板３０１の中心からの距離をとってお
り、縦軸にせん断応力をとっている。また、点線で示し
た曲線が空隙部の無い場合のせん断応力を示しており、
実線で示した曲線が３つの空隙部９０１を設けた場合の
せん断応力を示している。

【００４８】本図に示すように、空隙部９０１を設ける
と、各空隙部９０１に対応する位置においてせん断応力
が低下し、接合部におけるせん断応力のピーク値自体も
低下している。したがって、約５％〜２０％程の応力の
緩和が図れることになる。これにより、中心板３０１と
ノズルプレート３０３との接着剥がれや、加圧室間の連
通、インク漏れ、ノズルプレート３０３の反り等の種々
の不具合が防止され、信頼性の高いインクジェット記録
ヘッドを提供することが可能となる。

【００４９】以上説明した通り、第１および第２の実施
の形態におけるインクジェット記録ヘッドは、中心板３
０１やノズルプレート３０３に他部材を接合する等の別
途特別の処理を施す必要がない。したがって、簡易な構
成でもって中心板３０１とノズルプレート３０３との接
合界面に生じる応力発生を低減するこが可能となり、ラ
インヘッドの信頼性を確保することができる。

【００５０】なお、第１の実施の形態に示したスリット
部３０２と第２の実施の形態に示した空隙部９０１とを
適宜組み合せることにより、中心板３０１とノズルプレ
ート３０３の接合界面の応力緩和を図るようにしてもよ
い。

【００５１】なお、図１に示すように、ここではライン
ヘッド１０１の横幅を用紙幅としているが、これには限
られず、ある程度の長さを有した長尺化したヘッド全般
に対して、本発明の適用は可能である。

【００５２】また、図３および図４等に示すように、今
回は、中心板３０１の両面に加圧室等を設け、両面から
インク吐出が可能なラインヘッド１０１を示したが、こ
の構成に限定されるものではない。したがって、中心板
３０１（ノズルプレート）の片面のみに流路や加圧室が
設けられた構成のヘッドについても本発明の適用は可能
である。

【００５３】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって、制限的なものではないと考えるべきであ
る。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の
範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び
範囲内ですべての変更が含まれることが意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態におけるインクジ
ェット記録ヘッドを利用したインクジェット記録装置１
０の全体構成を示した図である。

【図２】 図１のインクジェット記録装置１０の動作制
御を説明するための機能ブロック図である。

【図３】 図１のラインヘッド１０１の構成の詳細を説
明するための一部分解斜視図である。

【図４】 図１のラインヘッド１０１の長尺方向に対し
て垂直な面を示した断面図である。

【図５】 ラインヘッド１０１から中心板３０１とノズ
ルプレート３０３のみを取出した正面図である。

【図６】 図５に示す中心板３０１とノズルプレート３
０３との正面図を一部拡大した図である。

【図７】 中心板３０１の接合界面の端部に複数のスリ
ット部３０２を設けた場合の接合状態を示す図である。

【図８】 スリット部３０２の隅部に加工を施した場合
の中心板３０１とノズルプレート３０３との接合状態を
示す図である。

【図９】 中心板３０１とノズルプレート３０３の接合
界面の端部に１つの空隙部９０１を設けた場合の接合状
態を示す図である。

【図１０】 中心板３０１とノズルプレート３０３の接
合界面の端部に複数の空隙部９０１を設けた場合の接合
状態を示す図である。

【図１１】 接合界面の端部に３つの空隙部９０１を設
けた場合に生じるせん断応力を、空隙部を設けない場合
に生じるせん断応力と比較して示した図である。

【符号の説明】

１０ インクジェット記録装置、１０１ ラインヘッ
ド、１０３ インクパイプ、１０５ キャリッジベル
ト、１１３ 搬送ベルト、１１５ 吸着装置、２０１
メインコントローラ、２１５ ドライバコントローラ、
２１７ ヘッドドライバ、３０１ 中心板（ベースプレ
ート）、３０２ スリット部、３０３ ノズルプレー
ト、３０５ 引出板、３０７ インレットプレート、３
０９ チャネルプレート、３１１ 圧電素子、３１３
ホルダ、３１５ フレキシブルケーブル、４０１ 振動
板、４０３ インク流路、５０１ 接着層、９０１ 空
隙部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山東 康博 大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国 際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 高田 久 大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国 際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG15 AG44 AP02 AP25 BA03 BA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧室を含むインク流路の少なくとも一
   部を片面または両面に備えたベースプレートと、 前記加圧室に連通し、インクを飛翔させる複数のノズル
   を有するノズルプレートとを備えたインクジェット記録
   ヘッドであって、 前記ベースプレートと前記ノズルプレートとは、接着剤
   により前記加圧室における加圧方向とインク飛翔方向と
   が垂直になるように接合され、 前記ノズルプレートは、前記ベースプレートとの接合界
   面の端部に、前記ベースプレートと接合されない非接合
   部を備えることを特徴とする、インクジェット記録ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 前記ベースプレートは、前記ノズルプレ
   ートとの接合界面の端部にスリット部を備え、 前記非接合部は前記スリット部に対応する前記ノズルプ
   レート上の部分で構成される、請求項１に記載のインク
   ジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記スリット部の隅部に、面取り加工、
   Ｒ加工、またはマルチスリット加工のいずれか１以上の
   加工が施された、請求項２に記載のインクジェット記録
   ヘッド。
4. 【請求項４】 前記非接合部は前記ノズルプレート上の
   前記接着剤が存在しない部分により構成される、請求項
   １〜３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。