JP2012030399A - インクジェットヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】 高信頼性のインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】 インクジェットヘッドは、複数のノズルおよび前記複数のノズルからインクを吐出させる駆動素子を有したヘッド本体と、前記駆動素子を制御する制御部と、前記ヘッド本体および前記制御部が取り付けられたセラミックス製のベースと、を具備する。インクジェットヘッドは、内部に前記制御部を覆うように前記ベースに固定されるとともに、セラミックスの微粒子が混ぜられた樹脂で成形されたカバーと、前記ベースと前記カバーとの間に介在されるとともに、前記カバーの内部を密封した接着剤と、を具備する。
【選択図】図２
【解決手段】 インクジェットヘッドは、複数のノズルおよび前記複数のノズルからインクを吐出させる駆動素子を有したヘッド本体と、前記駆動素子を制御する制御部と、前記ヘッド本体および前記制御部が取り付けられたセラミックス製のベースと、を具備する。インクジェットヘッドは、内部に前記制御部を覆うように前記ベースに固定されるとともに、セラミックスの微粒子が混ぜられた樹脂で成形されたカバーと、前記ベースと前記カバーとの間に介在されるとともに、前記カバーの内部を密封した接着剤と、を具備する。
【選択図】図２
Description
本発明の実施形態は、制御部を覆うカバーを有したインクジェットヘッドに関する。
インクジェット式のプリンタにおいては、様々な方式のインクジェットヘッドが採用されている。例えば、ヘッド内部とヘッド外部との間でインクを循環させるインク循環式のインクジェットヘッドが存在する。一方、ヘッド内部に供給されたインクを全て使い切る非循環式のインクジェットヘッドも存在する。
一般的に、インクジェットヘッドは、ノズルプレートに形成された複数のノズルと、インク室内に設けられてノズルからインクを吐出させる駆動素子と、インク室の外側に設けられて駆動素子を駆動するドライバＩＣ等の電子部品を実装した駆動回路と、を有している。また、インクジェットヘッドは、例えば、セラミックス製のベースなどに固定されて使用されることも多い。
ところで、このような電子部品を実装した駆動回路をインクから保護するために、駆動回路を覆うことが可能な合成樹脂製のカバーを設けて、このカバーを接着剤でベースに接着することが考えられる。しかしながら、セラミック製のベースと合成樹脂性のカバーとの間では、線膨張係数が異なるため、インクを吐出中にインクジェットヘッドが高温になると、接着剤にひび割れを生じてしまう可能性がある。このため、このひび割れ部分からインクが浸入して、故障の原因となるおそれがある。
本発明は、高信頼性のインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
実施形態のインクジェットヘッドは、複数のノズルおよび前記複数のノズルからインクを吐出させる駆動素子を有したヘッド本体と、前記駆動素子を制御する制御部と、前記ヘッド本体および前記制御部が取り付けられたセラミックス製のベースと、内部に前記制御部を覆うように前記ベースに固定されるとともに、セラミックスの微粒子が混ぜられた樹脂で成形されたカバーと、前記ベースと前記カバーとの間に介在されるとともに、前記カバーの内部を密封した接着剤と、を具備する。
以下、図面を参照して、インクジェットヘッドの第１の実施形態について説明する。インクジェットヘッドは、プリンタ等の印刷装置に取り付けられて、インクタンクからインクの供給を受けつつ、印刷対象物に向けてインク滴を吐出して、文字や画像を印刷対象物に形成するものである。また、本実施形態では、ヘッド内部とヘッド外部との間でインクが循環しない非循環タイプのインクジェットヘッドに適用した場合を例に説明するが、インク循環式のインクジェットヘッドにも当然に適用することができる。
図１と図２に示すように、インクジェットヘッド１１は、平板状のベース１２と、ベース１２に取り付けられたヘッド本体１３および制御部１４と、制御部１４を覆うようにベース１２に固定されたカバー１５と、ベース１２とカバー１５との間に介在された接着剤１６と、を備えている。インクジェットヘッド１１は、さらに、図示しないインクタンクとの接続部の近傍に、インク中からゴミを除去するためのフィルタ１９を有している。
図３に示すように、ヘッド本体１３は、例えば、基板１７と、基板に接着された天板１８と、基板１７と天板１８とにまたがって接着されたノズルプレート２１と、を備えている。ノズルプレート２１は、複数のノズル２２を有している。ノズルプレート２１を基板１７および天板１８に対して接着した状態で、各ノズル２２は、それぞれ圧力室２３に連通している。
天板１８には、ヘッド本体１３の内部にインクを供給するための供給口２４が設けられている。また、天板１８の内部には、共通液室２５が設けられており、共通液室２５は、各圧力室２３と連通している。
基板１７は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の圧電部材２６を互いの分極方向を対向させるように張り合わせて形成されている。基板１７は、その一つの面に溝状に形成された複数の圧力室２３と、各圧力室２３の両側部に設けられた駆動素子の一例である支柱２７と、各支柱２７の側面および圧力室２３の底部に形成される電極２８と、を有している。また、基板１７上には、複数の電気配線３１が設けられている。各電気配線３１は、その一端で電極２８に接続されるとともに、他端で制御部１４のフレキシブルプリント配線板３２に接続されている。
ベース１２は、例えば、アルミナ等のセラミックス材料で形成されている。このアルミナ製のベース１２の線膨張係数は、例えば、５〜７×１０−6である。ベース１２は、その内部に作りこまれた温度調節用の流路３３と、流路３３に接続したアダプタ３４と、を有している。このアダプタ３４を介して、温度調整用の流路３３内に、液体を流すことができる。温度調整用の流路３３内に一定に温度管理されたお湯などを通すことによって、ヘッド本体１３および制御部１４のドライバＩＣ３５などの温度を一定に維持することができる。
制御部１４は、基板１７の支柱２７を直接制御して、ノズル２２からインクを吐出させることができる。制御部１４は、電気配線３１に接続されたフレキシブルプリント配線板３２と、フレキシブルプリント配線板３２と電気的に接続されたドライバＩＣ３５と、ドライバＩＣ３５と電気的に接続された駆動回路３６と、を有している。
上記のインクジェットヘッド１１のヘッド本体１３および制御部１４を印刷装置に搭載して、この印刷装置で印刷処理を行うには、印刷装置のインクタンクからヘッド本体１３にインクを供給する必要がある。インクの供給は、供給口２４を介して行われ、インクタンクから流出したインクは、供給口２４、共通液室２５を経由して各圧力室２３内に供給される。
また、この状態で、ユーザがプリンタに対して印刷を指示すると、プリンタのメイン基板は、インクジェットヘッド１１の制御部１４に対して印刷指示の信号を出力する。印刷指示の信号を受けた制御部１４のドライバＩＣ３５は、電気配線３１を介してパルス電圧を支柱２７に印加する。これにより、左右一対の支柱２７は、シェアモード変形を行って湾曲するように離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室２３内の圧力を高くすることで、ノズル２２からインク滴が勢い良く吐出される。
カバー１５は、その内側に制御部１４を収容できる凹部を有した形状に形成されている。カバー１５は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）またはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂）等の合成樹脂に、セラミックスのフィラーを混合した樹脂材料によって形成されている。このセラミックスの微粒子とは、ＳｉＯ２などの無機質の微粒子で構成されている。より詳細には、カバー１５は、ＰＰＳおよびＰＢＴのいずれかに、３０〜４０重量％のＳｉＯ２などの無機質を混合したものを成形して形成されている。
このカバー１５の線膨張係数は、１〜２×１０−５である。なお、フィラーを混合しないＰＰＳの線膨張係数が７〜１０×１０−５であるので、フィラーを混合しないＰＰＳに対して本実施形態のカバー１５の線膨張係数は、５倍から１０倍程度小さくなっている。このため、本実施形態において、ベース１２とカバー１５との間の線膨張係数の差は、１倍以上で、且つ１０倍以下の範囲内に収められている。
図２に示すように、接着剤１６は、ベース１２上、およびヘッド本体１３上に、略「Ｃ」字状に塗布されている。接着剤１６は、ベース１２とカバー１５との間に介在されており、カバー１５の内部を密封することができる。また、接着剤１６は、カバー１５とベース１２との間の隙間と、カバー１５とヘッド本体１３との間の隙間と、の両方を塞ぐようになっている。
接着剤１６の主剤は、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、またはビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、あるいは両者を混ぜ合わせたもので構成されている。また、接着剤１６は、硬化剤として、例えば、エポキシ樹脂系硬化剤を含有している。この接着剤１６の弾性率は、例えば、３〜３．５ＧＰａの範囲内である。本実施形態の接着剤１６がエポキシ樹脂系硬化剤を含有しているため、接着剤１６に耐インク性が付与されている。
このように構成されたインクジェットヘッド１１に対して−１０℃〜６０℃の範囲内で温度を変化させるいわゆるヒートサイクル試験を行ったところ、インクジェットヘッド１１にこのような熱履歴が加わった場合でも接着剤１６にクラックを生ずることがなかった。
また、図４に示すように、発明者らは、本実施形態で使用される接着剤１６をインクに浸漬して、接着剤１６がインクに侵されるかどうかを判断する浸漬試験を行った。この浸漬試験では、温度４５℃の条件で、接着剤１６をインクＡ、Ｂ、Ｃに所定の日数（１週間、１ヶ月、３ヶ月）浸漬することで、接着剤１６の耐インク性を評価した。インクＡ、Ｂ、Ｃは、いずれもアクリル系ＵＶ硬化型インクを使用した。本試験を行ったところ、いずれの場合も、接着剤の接着強度が基準値である１００kg/cm2を下回ることはなく、インクＡ、Ｂ、Ｃのいずれに対しても接着剤１６が耐性を発揮することが確認された。
第１の実施形態によれば、インクジェットヘッド１１は、複数のノズル２２および複数のノズル２２からインクを吐出させる駆動素子を有したヘッド本体１３と、駆動素子を制御する制御部１４と、ヘッド本体１３および制御部１４が取り付けられたセラミックス製のベース１２と、内部に制御部１４を覆うようにベース１２に固定されるとともに、セラミックスの微粒子が混ぜられた樹脂で成形されたカバー１５と、ベース１２とカバー１５との間に介在されるとともに、カバー１５の内部を密封した接着剤１６と、を具備する。
この構成によれば、カバー１５を形成するための樹脂にセラミックスの微粒子が混ぜられているため、カバー１５とベース１２との間で線膨張係数の差を小さくすることができる。これによって、接着剤１６にクラックを生ずることを防ぎ、クラックを生じた箇所からカバー１５内にインクが浸入して、制御部１４がインクで侵されてしまうことを防止できる。これによって、高信頼性のインクジェットヘッド１１を提供することができる。
また、接着剤１６は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の少なくとも一方からなるエポキシ樹脂に、エポキシ樹脂系硬化剤を添加したものである。この構成によれば、接着剤１６に耐インク性を持たせることができる。これによって、接着剤１６に膨潤を生じて、接着剤１６の接着強度が低下してしまうことを防止することができる。
さらに、ベース１２と、カバー１５との間の線膨張係数の差は、１倍以上かつ１０倍以下であり、接着剤１６の弾性率は、３〜３．５ＧＰａである。弾性率が３ＧＰａ以下の接着剤では、分子同士の間に隙間があり、一部のインクに侵されてしまう問題がある。一方で、弾性率が３．５ＧＰａ以上である場合には、弾力性が十分ではなく、インクジェットヘッド１１に熱履歴が加えられた際に接着剤１６にクラックを生ずる可能性がある。この構成によれば、カバー１５の熱膨張に接着剤１６が追随する程度の弾力性を接着剤に持たせることができ、且つインクに侵されない性質を接着剤１６に持たせることができる。
また、インクジェットヘッド１１は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１１…インクジェットヘッド、１２…ベース、１３…ヘッド本体、１４…制御部、１５…カバー、１６…接着剤、２１…ノズルプレート、２２…ノズル、２７…支柱。
Claims (3)
- 複数のノズルおよび前記複数のノズルからインクを吐出させる駆動素子を有したヘッド本体と、
前記駆動素子を制御する制御部と、
前記ヘッド本体および前記制御部が取り付けられたセラミックス製のベースと、
内部に前記制御部を覆うように前記ベースに固定されるとともに、セラミックスの微粒子が混ぜられた樹脂で成形されたカバーと、
前記ベースと前記カバーとの間に介在されるとともに、前記カバーの内部を密封した接着剤と、
を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記接着剤は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の少なくとも一方からなるエポキシ樹脂に、エポキシ樹脂系硬化剤を添加したものであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
- 前記ベースと、前記カバーとの間の線膨張係数の差は、１倍以上かつ１０倍以下であり、
前記接着剤の弾性率は、３〜３．５ＧＰａであることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
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