JP3160991B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タにおいて記録媒体にインク滴を噴射し、文字・図形を
ドットにより形成するインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】入力情報に応じて複数のノズルからイン
ク滴を噴射し、文字・図形をドットにより形成するイン
クジェットプリンタは、低騒音、低ランニングコストで
普通紙上に高印字品質の記録書き込みができる点で他の
方式のものに比べて優れている。しかしながら、反面に
おいてこの種のプリンタは、ノズル部においてインクが
固化したり、あるいはインク成分がノズル材質を析出さ
せることにより目詰まりが発生する。その場合、単数あ
るいは複数のノズルからの正常なインクの噴射が妨げら
れ、文字・図形を形成するマトリクス上のある場所にお
いてドットが形成されないという不具合を発生する。

【０００３】従来よりこのような問題に対しては、ヘッ
ドのノズル面にキャップを圧着してノズルからの水分の
蒸発を防ぐものやキャップ内に水分を補給するものがあ
る。例えば、実開昭６２ー１７８１５０号公報、実開昭
６３ー４７１３６号公報あるいは特開平３ー１３８１５
６号公報に開示されているように、インク噴射ノズル部
をカバーして保護するゴム等の弾性部材より成るキャッ
プによって、ノズル部のインク乾燥による目詰まりやイ
ンク滴の飛行曲がりによる印字不良を防止しようとする
ものがある。しかし、このような構成の場合、キャップ
内の空気にノズル部がさらされるために目詰まり防止効
果は完全ではない。また、特公平３ー４３０６６号公報
の場合には、ノズル部に圧接する部分にインクを含浸す
るインク吸収体を設けて、ノズル部が完全に密封される
構成になっているが、この場合には、インク吸収体に付
着した紙粉、紙けば、ごみ等をノズル部に付着させてし
まうという不具合を有うしている。さらに、前記のいず
れの従来例の場合も、自動的にキャップがされる手段が
ないため、印字中にプリンタの電源を切られてヘッドに
キャップがされないまま放置され、長期間そのまま放置
された場合には目詰まりが発生する。また、電源が切ら
れてもバッテリー、コンデンサあるいはリレーによって
キャッピング動作ができるものもあるが、その分の装置
が必要となりコスト高になるという問題を有している。

【０００４】以上のような目詰まりの問題の他にも圧力
発生室や流路内に気泡が発生することによる不具合に対
しても解決をはかろうとしたものに特開昭５７ー１０５
３６０公報がある。つまり駆動圧力発生装置部分と、ノ
ズルを備えた圧力発生室および振動板からなるプリント
ヘッド部分が着脱可能に配置されており、ノズルの目詰
まりや気泡の発生による不具合が生じた場合にプリント
ヘッド部分のみを交換するものである。また、インクタ
ンクもプリントヘッド部分に含まれており、インクが消
費されてなくなった場合にも駆動圧力発生装置部分を残
してプリントヘッド部分のみを交換する構成になってい
る。しかし、この場合においては駆動圧力発生装置部分
とプリントヘッド部分との接合に関する部分の考慮が十
分でなく、個々の圧力発生室および駆動圧力発生装置部
分が寸法的に極微細で一辺が概百ミクロンメートル以下
の接合面積しかない場合には不具合が生ずる。すなわ
ち、図８のように接合面周辺にゴミ１５が混入した場合
には正常な接合が成されずインクの吐出も不可能になっ
てしまう。さらに接合面のギャップＤがまちまちになる
ためにこの場合も正常な接合が成されない。もとより後
者のような場合には、特開昭５８ー１１９８７２公報に
開示されているように、インク噴射室の一部を成す変形
可能な壁部分に駆動圧力発生装置としての変換器側から
予荷重を与えたり、さらには粘弾性部材を介して予荷重
を与える例があるが、この場合にはインク噴射室と変換
器とが半永久的に結合される場合に限定されいる。つま
り、接合に関する部分の対策が一般的な組立上の目的の
みから講じられているにすぎない。そのため、不具合が
生じた場合にはインクジェットヘッド全体を交換しなけ
ればならない構成になっており、接合部分の工夫が着脱
可能という機能を補う技術として生かされていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の発明は前述のよ
うに、乾燥によるインクの固化あるいは紙粉、紙けば、
ごみ等の付着による目詰まりや圧力発生室、流路内に発
生した気泡による不具合に対して、キャッッピングやク
リーニングシステムを駆使することによって、その発生
頻度は印字字数にしておおよそ２０万字ないし１００万
字に１回の割合におさえられる。しかし、なかには回復
不可能な場合も多々あり、その場合にはヘッド全体を交
換しなければならない。特に、色材に顔料を用いたイン
クの場合には印字品質が良好であるという反面、目詰ま
りが発生しやすいため、実用に適さず長所を生かせなか
った。

【０００６】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、目詰まりや気泡の発
生、混入といった不具合が生じた場合にその部分だけを
交換できる方式のインクジェットヘッドにおいて、交換
の際に特別な注意を払わずに接合部分の信頼性を大幅に
向上したことにより、極めて簡単に交換が行えるインク
ジェットヘッドを提供することにある。特に、色材に顔
料を用いたインクを実用的に使用することができるよう
にし、鮮明な印字品質で信頼性の高い新たなインクジェ
ットヘッドを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は係る課題を解決
するために、インク滴を噴射するノズルと、ノズルと連
通する圧力発生室と、圧力発生室を封止する変形可能な
振動板とから成るキャビティユニットと、振動板を変形
させる圧力発生素子と、圧力発生素子を保持する構造体
とから成る振動発生ユニットとを具備したインクジェッ
トヘッドにおいて、キャビティユニットと振動発生ユニ
ットは着脱自在に嵌合する構成であり、キャビティユニ
ットと振動発生ユニットとを接合及び切り離しするそれ
ぞれの端面をフィルムで覆ったことを特徴とする。ま
た、係るインクジェットヘッドにおいて、圧力発生素子
は、振動発生ユニットとキャビティユニットの接合時に
おいて構造体の接合面より突出していることを特徴とす
る。また、係るインクジェットヘッドにおいて、圧力発
生素子は、振動板の変形方向へ振動する縦振動型圧電素
子であることを特徴とする。また、係るインクジェット
ヘッドにおいて、フィルムは、樹脂フィルム或いは樹脂
とアルミのラミネートフィルムであることを特徴とす
る。

【０００８】つまり、キャビティユニットと振動発生ユ
ニットの接合面にゴミ等が混入してもフィルムどうしに
よるスライドによって異物を排除し、その影響がない接
合方法を採用したことにより信頼性が極めて向上し、簡
単な方法で交換が行えるインクジェットヘッドを提供で
きるものである。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１０】図１はキャビティユニット１０と振動発生
ユニット３０が分離した状態を示す本発明のインクジェ
ットヘッドの全体を示す斜視図である。キャビティユニ
ット１０は矢印ａの方向に振動発生ユニット３０のガイ
ド部３２、３３に沿って装着されることにより矢印ｃ方
向の位置決めがされる。矢印ａ方向の位置決めは図３に
おける度当り部ｄ、ｅに当接することによって位置決め
され、矢印ｂ方向の位置決めはキャビティユニット１０
の一部である圧接部２６が振動発生ユニット３０のたわ
み部３１より圧力を受けることによって位置決めされ
る。図２はキャビティユニット１０が振動発生ユニット
３０に装着された状態を示す斜視図である。

【００１１】装着状態はこのままの形態でも可能である
が、さらに図示しないレバー等によって確実に装着する
こともできる。インクタンク５０は図１、図２および図
３ではキャビティユニット１０と一体になっているが、
図４に示すようにキャビティユニット１０に対して着脱
可能にすることもできる。つまり、キャビティユニット
１０、振動発生ユニット３０およびインクタンク５０が
各々独立したユニットになっており、不用にになったユ
ニットのみを交換することも可能な構成になっている。

【００１２】本発明のインクジェットヘッドの内部構成
については、先ず、インクは図３のインクタンク５０に
おける発泡体６０に含浸されており、キャビティユニッ
ト１０に装着された状態で図示しない吸引ユニットによ
ってキャビティユニット１０のノズル１側から吸引され
充填される。その後はキャビティユニット１０内のイン
ク供給管２７、流路１１および圧力発生室３の毛細管力
によって順次供給される。通常はキャビティユニット１
０とインクタンク５０が一体でインクがキャビティユニ
ット１０に充填された状態で市販される。キャビティユ
ニット１０の基本的な構成は図３におけるノズル基板
２、圧力発生室３、変形可能な振動板７から成るもので
ある。ノズル基板２の材質はニッケル電鋳板であるが他
に成形樹脂、ステンレス板、ガラス板でも可能である。
ノズルの配列は４８×１列であるが、２４×２列、１２
×４列あるいは６４×１列、さらに斜め１列などノズル
の数および列数はどのような組合せでも限定されるもの
ではない。圧力発生室３を構成する材質はポリサルホ
ン、ポリカーボネイト等の成形樹脂、あるいはガラスを
エッチングしたものであるが他に感光性樹脂、感光性ガ
ラス、ステンレス板によっても構成可能である。変形可
能な振動板７は図６のように変形部８と突起部９を有し
変形可能でかつ強度的に耐久性のあるポリイミド、ポリ
エステル、ポリカーボネイト等の材質であり、インクの
水分を外部に透過させない目的でアルミニウム、金、銅
等の金属をスパッタ、蒸着、ラミネート等により付加し
たものである。振動発生ユニット３０は縦方向の振動を
利用する積層型圧電素子２１を内蔵したものであり、端
子２２、２３は図３における駆動回路３５に接続されて
いる。この場合においてもインクを吐出させる方式とし
ては圧電素子の横振動を利用したものや加熱手段により
インクを加熱気化させて噴射させるものなどいかなる方
式に限定されるものではない。

【００１３】つぎに、本発明に係るインクジェットヘッ
ドの接合部分について説明すると、図５において、キャ
ビティユニット１０における斜線部はフィルム１２を示
すものであり、図６のように変形可能な振動板７の前面
を覆う形で変形可能な振動板７に接着材あるいは熱溶着
によって接合されている。振動発生ユニット３０におけ
る斜線部はフィルム２０を示すもであり、これも図６の
ように積層型圧電素子２１の前面を覆うものであり振動
発生ユニット３０の構造体部分２５に接着材あるいは熱
溶着によって接合されている。フィルム１２およびフィ
ルム２０の材質はポリイミド、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン等の樹脂フィルムあるいはアルミ
箔、アルミ蒸着と上記樹脂フィルムとの組合せによるア
ルミラミネートフィルム等の可撓性フィルムである。ま
た、複数の特性を得るために上記樹脂フィルムどうしの
ラミネートフィルムが採用されることもある。

【００１４】かかる構成において、図３におけるインク
カートリッジ５０から導かれたインクは図６における圧
力発生室３に毛細管力によって到達する。印字動作が行
なわれる場合は、駆動回路３５から入力信号に応じて積
層型圧電素子２１に１５〜３０Ｖの電圧が印加され、積
層型圧電素子２１は矢印ｆの方向に膨張変位し変形可能
な振動板７をたわませることにより圧力発生室３を加圧
する。圧力発生室３内のインクはこれに応じてノズル１
および供給路４の方向に瞬間的に移動するが、ノズル１
からは外部に向けてインク滴が噴射する。積層型圧電素
子２１が矢印ｆと反対方向に収縮変位する際には圧力発
生室３にインクが流入する。以上の動作により通常時は
安定した印字が継続できる。

【００１５】しかしながら、目詰まりあるいは流路への
気泡の混入によって不具合が発生した場合には新たなキ
ャビティユニット１０を図１の矢印ａの方向、すなわち
図９における矢印ａの方向にスライドさせて装着する。
その際、積層型圧電素子２１の前面は振動発生ユニット
３０の構造体部分２５よりもキャビティユニット１０側
に突出しておりフィルム１２の表面を擦りながらスライ
ドしていくため、フィルム１２あるいはフィルム２０に
付着しているゴミ１５等の異物を排除することができ
る。さらに、フィルム１２あるいはフィルム２０がある
ことによってスライドが円滑に行われると共に、積層型
圧電素子２１が水分や異物等の付着によって電気的に短
絡することを未然に防ぐこともできる。かくして振動発
生ユニット３０に装着されたキャビティユニット１０は
図１０のように積層型圧電素子２１によって変形可能な
振動板７が圧力発生室３側に予圧を受けた状態でセット
される。積層型圧電素子２１が膨張変位する場合には変
形可能な振動板７はさらに圧力発生室３側に変形し、積
層型圧電素子２１が収縮する際には変形可能な振動板７
の変形部８の弾性力によって元の位置に復帰することが
できる。

【００１６】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を噴射するノズルと、ノズルと連通する圧力発生室
と、圧力発生室を封止する変形可能な振動板とから成る
キャビティユニットと、振動板を変形させる圧力発生素
子と、圧力発生素子を保持する構造体とから成る振動発
生ユニットとを具備したインクジェットヘッドにおい
て、キャビティユニットと振動発生ユニットは着脱自在
に嵌合する構成であり、キャビティユニットと振動発生
ユニットとを接合及び切り離しするそれぞれの端面をフ
ィルムで覆ったことにより、目詰まりや気泡の発生、混
入といった不具合が生じた場合等のユニット交換の際
に、ユニット同士が接合する接合面においてユニット脱
着時にゴミ等が混入してもその影響を受けることがな
く、極めて簡単な方法でユニットを交換することができ
る。従って、文字・図形を形成するドットが常に正常に
形成することができ、長期で信頼性の高いインクジェッ
トプリンタを提供することが可能となるという効果を有
する。

【００１７】以上のことは言い換えれば、文字・図形を
形成するドットがつねに正常に形成され、印字媒体上に
おける記録が鮮明かつ容易に判別できる信頼性の高いイ
ンクジェットヘッドが実現できたわけであり、特に、色
材に顔料を用いたインクの場合には染料を用いたインク
に比べて印字品質が優れているにもかかわらず、目詰ま
りしやすかったために実用的に使用することができなか
ったが、本発明によるインクジェットヘッドによって良
好な印字品質で信頼性の高い新たなインクジェットプリ
ンタを提供することが可能となものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す図で、キャビティユニットと振動発生ユニットが分離
した状態を示す斜視図である。

【図２】キャビティユニットが振動発生ユニットに装着
された状態を示す斜視図である。

【図３】インクジェットヘッドの全体を示す断面図であ
る。

【図４】第二の実施例を示すインクジェットヘッドの断
面図である。

【図５】接合部分を示す斜視図である。

【図６】接合部分の一部分を拡大した図で、キャビティ
ユニットと振動発生ユニットが分離した状態を示す断面
図である。

【図７】接合部分の一部分を拡大した図で、キャビティ
ユニットが振動発生ユニットに装着された状態を示す断
面図である。

【図８】図６のＡ−Ａ線における断面図で、従来例にお
ける接合状態を示す断面図である。

【図９】図６のＡ−Ａ線における断面図で、キャビティ
ユニットが振動発生ユニットに装着されつつある状態を
示す本発明のインクジェットヘッドの断面図である。

【図１０】図６のＡ−Ａ線における断面図で、キャビテ
ィユニットが振動発生ユニットに装着された状態を示す
本発明のインクジェットヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ ノズル基板 ３ 圧力発生室 ４ 供給路 ５ リザーバ ７ 変形可能な振動板 １０ キャビティユニット １２ フィルム ２０ フィルム ２１ 積層型圧電素子 ３０ 振動発生ユニット ３５ 発泡体 ５０ インクタンク ６０ 駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/165 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を噴射するノズルと、前記ノズ
   ルと連通する圧力発生室と、前記圧力発生室を封止する
   変形可能な振動板とから成るキャビティユニットと、 前記振動板を変形させる圧力発生素子と、前記圧力発生
   素子を保持する構造体とから成る振動発生ユニットとを
   具備したインクジェットヘッドにおいて、 前記キャビティユニットと前記振動発生ユニットは着脱
   自在に嵌合する構成であり、前記キャビティユニットと
   前記振動発生ユニットとを接合及び切り離しするそれぞ
   れの端面をフィルムで覆ったことを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記圧力発生素子は、前記振動発生ユニ
   ットとキャビティユニットの接合時において前記構造体
   の接合面より突出していることを特徴とする請求項１記
   載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記圧力発生素子は、前記振動板の変形
   方向へ振動する縦振動型圧電素子であることを特徴とす
   る請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記フィルムは、樹脂フィルム或いは樹
   脂とアルミのラミネートフィルムであることを特徴とす
   る請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットヘ
   ッド。