JP2005096148A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル面の保護、ノズルプレートの剥離防止及びノズル面のメンテナンス性という相反する問題を、簡単な構成によって満足させることのできるインクジェットヘッドを提供すること。
【解決手段】インクへ与える圧力変化を発生する複数のチャネルを並列に有すると共に、ノズル面１ａに各チャネル内のインクを吐出する多数のノズルが配列されたアクチュエータ１と、前記ノズル面１ａを取り囲む開口１４ａを持つ天板３とを有するインクジェットヘッドＡであって、前記天板３の表面に凹部３２が設けられ、該凹部３２の底部３２ａの中央部に前記開口１４ａが形成されていると共に、該開口１４ａに前記アクチュエータ１がはめ込まれており、前記ノズル面１ａの位置が、前記天板３の表面よりも前記凹部３２の底部側に位置し、且つ、前記凹部３２の底部３２ａよも前記天板３の表面側に位置していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録媒体に対してノズルからインクを吐出することにより所望の画像を記録するインクジェットヘッドにおける天板の改良に関する。天板は、ノズル面を保護し、ノズルプレートの剥離を防止し、且つ、ノズルからインクを吸引する吸引キャップを密着させる平面をノズルプレートの表面に提供するために使用する。

記録媒体に対してノズルからインクを吐出することにより所望の画像を記録するインクジェットヘッドは、インクを常に正常な状態で吐出させることができるように、定期的にノズルからインクを強制的に吸引することにより、ノズル内に溜まった高粘度のインクを排出してノズル詰まりを解消するようにしている。

このインク吸引の際、吸引キャップをインクジェットヘッドのノズル面に密着させる必要がある。しかし、インクジェットヘッドのノズルプレートは非常に小さく、数百個のノズルを有するノズルプレートといえども、寸法は、例えば１ｃｍ×数ｃｍ程度にすぎない。このため、ノズルからインク吸引する時、吸引キャップがうまく被さらないことや、吸引キャップが被さっても、密着が悪くて機密が保てない等の問題がある。また、ノズルプレートは、アクチュエータの前端に接着されるが、ノズルプレートと記録媒体との間隙は、約１ｍｍ程度しかないので、記録媒体がインクジェットヘッドに引っかかると、記録媒体がジャムってヘッドに強い力が働き、ノズルプレートがアクチュエータから剥がれてしまうことがある。そこで、インクジェットヘッドでは、これらのトラブルを防ぐため、ノズルプレートの周囲を天板で囲むことが行われる。

すなわち、インクジェットヘッドは、開口を形成した平板状の天板の該開口の中にノズル面を臨ませて配置することで、この天板によって、ノズルプレートの表面を保護し、且つ、ノズルプレートの剥がれを防止し、且つ、ノズルプレートに吸引キャップを密着させるに十分なスペースを形成している。

ところが、ノズルプレートを天板で囲むと、ノズルプレートと天板の継ぎ目にインクが溜まってしまう。すなわち、ノズル面のインクは、ブレードを用いてワイピングすることによって取り除くが、インクジェットヘッドのノズル面は、記録媒体との擦れ等によるノズルの損傷を回避するために、上記天板の開口において、該天板表面よりも奥側に引っ込んだ位置に配置されることが望まれる。しかし、図５に示すように、ノズル面１００ａが天板１１０の表面１１０ａよりも開口１１１の奥側（図示下側）に配置されていると、ノズルプレート１００と天板１１０の継ぎ目にインク２００や埃等が溜まり易く、効果的にノズル面１００ａのワイピングを行うことができない。また、ここに溜まったインク２００がノズル１０１に触れると、インクの吐出を妨害する等の問題が発生する。

反対に、図６に示すように、ノズル面１００ａが天板１１０の表面１１０ａより突出して配置されていると、ノズルプレート１００と天板１１０との継ぎ目にインク２００や埃等が溜まっても、これらがノズル１０１に接触することはないので、インクの吐出が妨害されることはない。しかし、ノズル面１００ａが天板１１０の表面１１０ａから突き出ているので、ノズル面１００ａが保護されず、撥水処理面に傷が付いたり、ノズルプレート１００が剥がれ易い欠点がある。

例えば、特許文献１は、ノズルプレートを包囲して、該ノズルプレートを保護するヘッドキャップを設け、ノズル面をヘッドキャップ面より２〜２０μｍ引っ込ませると、ブレードや記録媒体が強くノズル面に接触しないので、ノズル面に塗布した撥水膜の剥離を防止できる技術が開示されている。

また、特許文献２は、ノズルプレートの外周にノズルプレートカバーを設けて、ノズル面を、ノズルプレートカバーからプレート厚みの半分以下、記録媒体方向に突出させて、ノズルプレートの剥がれを防止するようにした技術が開示されている。

更に、特許文献３は、図７に示すように、ノズル面１００ａを天板１１０の表面１１０ａよりも突出させた状態で、両者間の隙間に接着剤３００を充填した後、アクチュエータを引き込んでノズル面１００ａを天板１１０の表面１１０ａよりも奥側に引き込んだ状態で硬化させることにより、ノズル面１００ａと天板１１０の開口１１１の間に生じる段差を、接着剤３００により滑らかに埋めて、ブレードによるインクの拭き残りをなくすようにした技術が開示されている。
特開２０００−１４１６５２号公報 特開２００１−１５０６６８号公報 特許第３１２７５７３号公報

特許文献１では、ノズル面を天板の表面よりも奥側に少し引き込ませているので、ノズル面の保護はできるが、ノズル面と天板表面との間に段差ができるので、ノズル面に付着したインクをワイピングして拭き取る際、この段差にインクが溜まり易く、これがノズルに接触することで吐出不良を起こすおそれがある。

また、特許文献２では、ノズル面にインクが溜まることはないが、ノズル面を天板表面よりも少し突出させているので、ノズル面を十分に保護できない欠点がある。

更に、特許文献３では、ノズルに接着剤が流れ込み易い問題がある。この接着剤の流れ込みを防止するには、面倒なマスク処理が必要となり、また、接着剤の形状を安定的に形成するには、接着剤の注入後にノズル面と天板との相対位置を、接着剤の特性、環境温度、ノズル面と天板の開口との隙間の寸法等の諸条件に応じて微細に制御しなくてはならず、接着剤の制御及び形状の制御がきわめて困難であるという問題がある。

上述の技術の共通の欠点は、天板にアクチュエータが丁度はまる大きさの平面視矩形の開口を設けて、その中にアクチュエータを差し込むため、アクチュエータと天板の継ぎ目にインクが溜まることを避けられない点にある。

そこで、本発明は、ノズル面の保護、ノズルプレートの剥離防止及びノズル面のメンテナンス性という相反する問題を、簡単な構成によって満足させることのできるインクジェットヘッドを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、インクへ与える圧力変化を発生する複数のチャネルを並列に有すると共に、ノズル面に各チャネル内のインクを吐出する多数のノズルが配列されたアクチュエータと、前記ノズル面を取り囲む開口を持つ天板とを有するインクジェットヘッドであって、前記天板の表面に凹部が設けられ、該凹部の底の中央部に前記開口が形成されていると共に、該開口に前記アクチュエータがはめ込まれており、前記ノズル面の位置が、前記天板の表面よりも前記凹部の底側に位置し、且つ、前記凹部の底よも前記天板の表面側に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、ノズル面の位置が、天板の表面よりも凹部の底側に位置しているので、記録媒体やブレードが強くノズル面に接触しないので、撥水膜に傷が付きにくく、ノズルプレートが剥がれることも防ぐことができる。

また、ノズル面の位置が、凹部の底よも天板の表面側に位置しているので、アクチュエータと天板の継ぎ目の段差にインクが溜まっても、ノズルにインクが入り込むようなことはない。

更に、開口内にはブレードが入り込むので、ノズル面に付着したインクを簡単に拭き取ることができる。

図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの外観斜視図、図２は主としてアクチュエータの概略構成を示す断面図である。

図１において、Ａはインクジェットヘッド、１はアクチュエータである。アクチュエータ１の前面には、インクを吐出するための多数のノズル１１ａを配列したノズルプレート１１が貼着されている。アクチュエータ１は、各ノズル１１ａに対応する多数のチャネル１２を並列した長尺状の非圧電性セラミック基板上に、分極方向が相反する圧電性セラミックス層を設けてなるセラミック部材からなり、インクに与える圧力変化を発生させる部材である。

各チャネル１２は、ダイヤモンドブレード等により直線状の細長い溝形状に切削されて、削り残した圧電性セラミックが隣接するチャネル１２、１２との間の隔壁１３を構成している。各チャネル１２の深さは、図２において右にいくにつれて徐々に浅くなって、ついには消滅する。チャネル１２の内面の一部には金属電極（図示せず）が形成されている。

また、各チャネル１２の上から非圧電性セラミック基板等からなるカバー基板１４が接着されている。カバー基板１４には、各チャネル１２の浅溝部分に対応する位置に、全チャネル１２に亘る開口１４ａが形成されており、この開口１４ａを覆うようにマニホールド１５が設けられ、このマニホールド１５の内側と各チャネル１２の浅溝部分との間に、各チャネル１２にインクを分配するための共通インク室１６が形成されている。

非圧電性セラミック基板としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、石英の少なくとも１つから選ばれることが好ましく、隔壁１２をせん断変形させても分極した圧電性セラミックを確実に支持することができる。

圧電性セラミックとして、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ等のセラミックで、主にＰｂＯｘ、ＺｒＯｘ、ＴｉＯｘの混合微結晶体に、ソフト化剤又はハード化剤として知られる微量の金属酸化物、例えばＮｂ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｌａ、Ｃｒ等の酸化物を含むものが好ましい。

ＰＺＴは、チタン酸ジルコン酸鉛であり、充填密度が大きく、圧電性定数が大きく、加工性が良いので好ましい。ＰＺＴは、焼成後、温度を下げると、急に結晶構造が変化して、原子がズレ、片側がプラス、反対側がマイナスという双極子の形の、細かい結晶の集まりになる。こうした自発分極は方向がランダムで、極性を互いに打ち消しあっているので、更に分極処理が必要となる。

分極処理は、ＰＺＴの薄板を電極で挟み、シリコン油中に漬けて、１０〜３５ｋｖ／ｃｍ程度の高電界を掛けて、分極する。分極したＰＺＴに分極方向に直角に電圧を掛けると、側壁が圧電滑り効果により、斜め方向に、くの字形に、せん断変形して、インク室の容積が膨張する。

金属電極の材料としては、金、銀、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、タンタル、チタンを用いることができ、特に、電気的特性、加工性の点から、金、アルミニウムが良く、メッキ、蒸着、スパッタで形成される。各金属電極は、各チャネル１１の内部から、浅溝部分を通ってアクチュエータ１の後方（図２の右端）側の上面まで引き出され、図示しない信号線によって駆動回路と電気的に接続される。

また、ノズルプレート１１は、ＰＥＴ等のポリアルキレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、酢酸セルロース等のプラスチックスによって形成されており、このノズルプレート１１の表面（ノズル１１ａからインクが吐出される側の面）がノズル面１ａとされる。

かかるアクチュエータ１は、駆動回路から与えられる駆動電圧が各チャネル１２内の金属電極に印加されると、隔壁１３がせん断変形することでチャネル１２の圧力変化が発生し、応力を受けたチャネル１２内のインクがノズル１１ａから吐出する。ノズル１１ａから吐出したインクはチャネル１２の長手方向に向かって飛翔して紙などの記録材に着弾する。

図１に示すように、アクチュエータ１はハウジング２内に収容されており、このハウジング２において、アクチュエータ１のノズル面１ａと同一側には平板状の天板３が設けられている。

天板３は、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、変性ＰＰＥ、アルミニウム、ステンレス等からなり、その略中央部には、アクチュエータ１のノズル面１ａとほぼ同形状の開口３１が設けられ、該アクチュエータ１をこの開口３１にはめ込むことで、該アクチュエータ１のノズル面１ａを、この開口３１から臨ませるように配置している。

従って、このインクジェットヘッドＡには、アクチュエータ１のノズル面１ａの周囲に、この天板３によって広い平板状のスペースが形成され、吸引キャップ（図示せず）を用いてアクチュエータ１のノズル１１ａから強制的にインクを吸引する際には、吸引キャップをアクチュエータ１のノズル面１ａを含む天板３の表面３ａに密着させることによって行うことができるようになっている。

更に、アクチュエータ１のノズル面１ａと天板３の開口３１との詳細を図３に示す。

同図に示すように、天板３は、アクチュエータ１のノズル面１ａよりも大きく、天板３の表面３ａから窪んだ凹部３２が形成されており、この凹部３２の中央部に、前記開口３１が形成されている。

この天板３の開口３１内において、アクチュエータ１のノズル面１ａは、天板３の表面３ａよりも奥側（図３における下側）である凹部３２の底部３２ａ側に位置し、且つ、上記凹部３２の底部３２ａ側よりも天板３の表面側（図３における上側）に位置している。従って、天板３の表面３ａは、ノズル面１ａの周囲のみ、該ノズル面１ａよりも奥側に引っ込んでおり、アクチュエータ１は、この状態で、天板３の開口３１との間で接着剤を用いて接着されている。

このようにノズル面１ａが天板３の表面３ａより引っ込んでいるので、記録媒体等がノズル面１ａに接触しても、該ノズル面１ａには直接接触しないため、ノズル面１ａに施した撥水膜が損傷するおそれがなく、また、ノズルプレート１１が剥がれることもない。

更に、メンテナンス時に、ブレードによる拭き残りのインクが、天板３の凹部３２の底部３２ａに溜まっても、ノズル面１ａが凹部３２の底部３２ａからは天板３の表面３ａに突き出ているので、このインクはノズル面１ａには接触せず、ノズルにインクが接触することがないため、インクの吐出を妨害するおそれはない。

しかも、この凹部３２の段差は、ワイピング時にブレードが入れる余裕があるので、ここに溜まったインクは簡単に拭き取られて除去される。

図３に示すように、天板３の表面３ａとアクチュエータ１のノズル面１ａとの間の間隔をｄ１、アクチュエータ１のノズル面１ａと上記凹部３２の底部３２ａとの間隔をｄ２、凹部３２の底部３２ａの幅をｄ３とすると、上記ｄ１は、０＜ｄ１≦（ｄ３）／２とすることが好ましい。（ｄ３）／２よりも大きすぎると、天板３の表面３ａとの差が大きくなりすぎて、ノズル面１ａをブレードによって拭き取る際に、ブレード先端がノズル面１ａへ届きにくくなり、拭きムラや拭き残しの発生原因となってメンテナンス性に劣るようになる。

また、上記ｄ２は、０＜ｄ２≦０．５ｍｍとすることが好ましい。０．５ｍｍよりも大きいと、インク吸引の際に、凹部３２に残留するインク量が多くなり、また、その後、ブレードによってその残留インクを拭き取ることも困難となる。

更に、上記ｄ３は、０．１≦ｄ３≦２ｍｍとすることが好ましい。０．１ｍｍよりも狭すぎると、ノズル面１ａをブレードによって拭き取る際に、ブレードの先端がノズル面１ａへ届きにくくなり、拭きムラや拭き残しの発生原因となってメンテナンス性に劣るようになると共に、ノズル面１ａをブレードによって拭き取った際に、ノズル面１ａのエッジと凹部３２との間にインクや埃等が残留した場合、それらインクや埃等を凹部３２内に留めおくことが困難となり、それらによって再びノズル面１ａを汚染するおそれがある。一方、２ｍｍよりも広すぎると、天板３の表面３ａによる保護機能が劣るようになり、記録媒体の浮き上がり等が発生した際にノズル面１ａと擦れるおそれがある。更に、ヘッド及び吸引キャップが大型化してしまう。

ｄ１、ｄ２、ｄ３がそれぞれ上記範囲を満たしているときは、天板３の表面３ａによるノズル面１ａの保護と、ノズルプレートの剥離防止及びノズル面１ａをブレードによって拭き取る際のメンテナンス性を最も良好に満足させることができる。より好ましくは、ｄ１を、０．０５ｍｍ≦ｄ１≦（ｄ３）／３とし、ｄ２を、０．０５ｍｍ≦ｄ２≦０．２ｍｍとし、ｄ３を、０．２ｍｍ≦ｄ３≦１ｍｍとすることである。

このように天板３の開口３１の周囲に凹部３２を形成する方法としては、材質に応じて、樹脂の型成形加工、アルミダイキャスト加工、金属プレス加工を採用することができる。このようにして凹部３２は、天板３に対して機械的に加工形成することができるため、安定的な形状で且つ容易に形成することができる。

凹部３２の底部３２ａの形状は、図３では、天板３の表面３ａ及びアクチュエータ１のノズル面１ａと略平行な平面を形成しているが、これに何ら限定されず、奥側（図３における下側）に円弧状に窪んだ凹形状であってもよく、また、図４に示すように、天板３の開口３１の内周縁と凹部３２の外周縁（表面３ａとの境界）とがなだらかに連続する傾斜面３２ｂとされていてもよい。

本発明に係るインクジェットヘッドの外観斜視図 主としてアクチュエータの概略構成を示す断面図 アクチュエータのノズル面と天板の開口との関係を示す断面図 アクチュエータのノズル面と天板の開口との関係の他の態様を示す断面図 従来のアクチュエータのノズル面と天板の開口との関係を説明する図 従来のアクチュエータのノズル面と天板の開口との関係を説明する図 従来のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図

符号の説明

Ａ：インクジェットヘッド
１：アクチュエータ
１ａ：ノズル面
１１：ノズルプレート
１１ａ：ノズル
１２：チャネル
１３：隔壁
１４：カバー基板
１４ａ：開口
１５：マニホールド
１６：共通インク室
２：ハウジング
３：天板
３ａ：表面
３１：開口
３２：凹部
３２ａ：底部
３２ｂ：傾斜面

Claims (1)

1. インクへ与える圧力変化を発生する複数のチャネルを並列に有すると共に、ノズル面に各チャネル内のインクを吐出する多数のノズルが配列されたアクチュエータと、前記ノズル面を取り囲む開口を持つ天板とを有するインクジェットヘッドであって、
   前記天板の表面に凹部が設けられ、該凹部の底部の中央部に前記開口が形成されていると共に、該開口に前記アクチュエータがはめ込まれており、前記ノズル面の位置が、前記天板の表面よりも前記凹部の底部側に位置し、且つ、前記凹部の底部よも前記天板の表面側に位置し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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