JP3182831B2 - 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、印字信号に応じてイン
ク滴を吐出して、記録紙等の記録媒体上にインク像を形
成するインクジェットプリンタの記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を飛翔させ、記録媒体上にイン
ク像を形成するインクジェット記録は、記録時における
静粛性と高速印字性に優れている。最近では、記録ヘッ
ドの簡素化、記録画像の高分解能化、等種々のタイプの
ものが研究されている。インクジェット記録用のインク
に於いても、水等を基剤とした液体のインク組成物や常
温で固体のワックス等を基剤としたホットメルト型イン
ク組成物等開発されてきている。

【０００３】インクジェット記録に用いられる記録ヘッ
ドは、一般的にインクを吐出する吐出口と、吐出口の手
前にてインクを蓄える圧力室と、圧力室へインク吐出の
ためのエネルギーを加えるエネルギー発生部材と、圧力
室へ随時インクを供給する為のインクタンクと、インク
タンクと圧力室を連結するインク供給管等から構成され
ている。

【０００４】具体的には、特開平２ー４５９８５号に記
載されている様な構成が知られている。

【０００５】上記従来例によると、圧力室へインクを供
給するための供給管を具備しており、インクタンクに貯
蔵されているインクを圧力室へ供給している。

【０００６】しかしながら、上記公報の構成では、イン
ク供給路として供給管を別部品で構成するため、部品数
が増え記録ヘッドは複雑化し、組立工程も多くなってし
まう。さらに、供給管と圧力室の接合位置精度、インク
漏れ等の問題となる接着強度・シール性に関し劣ってし
まう。あるいは、精密部品であるため、インク供給管の
接着部の接着剤のはみ出し等の組立上の管理項目が多く
なる、等の問題点を有していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、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、構成が簡素であり、インク漏れ等のない、信頼
性のあるコンパクトなインクジェットヘッドを提供する
ところにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明のインクジェットヘッドは、ノズル開口が形
成されたノズル基板と、リザーバ及び圧力室が形成され
た第１基板と、リザーバに連通するインク連絡口が形成
された弾性板とを備えた圧力室形成ユニットと、一端を
固定台に固定し他端を自由端として弾性板と接合するよ
う配設された圧電素子と、該圧電素子を固定台を介して
位置決めし、かつ上面で圧力室形成ユニットと接続する
ヘッドフレームとを具備したインクジェットヘッドにお
いて、ヘッドフレームの圧力室形成ユニット接続面に
は、リザーバにインクを供給する供給孔を有し、かつ供
給孔は圧電素子の長手方向と平行な方向にヘッドフレー
ムを貫通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、ヘッドフレームの弾性板との
接合面にインク供給溝を形成し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、供給孔が複数
設けられていることを特徴とする。

【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は本発明の実施例を示すインクジェッ
トヘッドの斜視図である。また、図２は同実施例をより
詳細に示す部分断面図である。両図において、１はノズ
ル基板である。ノズル基板１には、複数のノズル２を設
けてある。３は第１基板である。第１基板３は、ノズル
基板１と、弾性壁となる弾性板８とで挟まれて、リザー
バ４と圧力室５を形成する。弾性板８は、金属薄板６と
絶縁部材７とからなる積層構造をなす。弾性板８、第１
基板３、ノズル基板１を接合し圧力室形成ユニットを構
成し、ヘッドフレーム１１上に密着接合されている。

【００１１】インク滴吐出の駆動源となる圧電素子２２
は、その長手方向の約半分の一面を固定台２１に固着さ
れ、固着されない半分の先端を弾性板８と接合してい
る。固定台２１には配線パターン２４が施され、リード
フレーム２５を介して、制御基板１３により制御された
電界を圧電素子２２に与える。固定台２１はヘッドフレ
ーム１１に接合されている。

【００１２】３１は図示せぬインクタンクからインク５
１を供給するインク供給管である。インク供給管３１は
ヘッドフレーム１１と同一部品であり、射出成形によっ
て形成されている。インクの供給流路は、図示せぬイン
クタンクからインク供給管３１を通り、ヘッドフレーム
１１にあるインク供給孔３２と弾性板８にあるインク連
絡口３３を経て、第１基板３のリザーバ４、更に圧力室
５と連通している。以上が概略構成である。

【００１３】図２に従って、構成について更に詳しく述
べる。圧電素子２２は正電極４１と負電極４２が対向し
ている。正電極４１は、固定台２１上の配線パターン２
４に接合と同時に電気接続されている。負電極４２は、
共通板２３により固定台２１上の配線パターン２４と電
気接続している。配線パターン２４と制御基板１３とを
リードフレーム２５で結び、それぞれ接続箇所を半田で
固着している。なお、固定台２１のヘッドフレーム１１
への取り付け時には、ヘッドフレーム１１内を貫通する
取り付け穴１２により、圧電素子２２のＸ，Ｙ方向の位
置決め（図１のＸＹＺ座標参照）を行う。また、圧電素
子２２のＺ方向は、圧電素子２２の上端部がヘッドフレ
ーム１１の弾性板８との接合面と同一面となるようにガ
ラス板等の平坦度のある治具を用い位置決めを行う。圧
電素子２２の位置決めがされたところで、固定台２１を
ヘッドフレーム１１に接着固定する。これらを以下、圧
力発生ユニットと呼ぶ。

【００１４】一方、インク５１が充填される圧力室５及
びリザーバ４は、第１基板３とノズル基板１と弾性板８
とで形成される。第１基板３は、ガラスのエッチング加
工、金属薄板の積層、感光性樹脂の露光形成、樹脂の射
出成形等で作ることができるが、本実施例では、コスト
的に安価な感光性樹脂を用いている。第１基板３の上面
を覆うノズル基板１は、プレス加工によって、複数の圧
力室５に対応し、それぞれ一つずつのノズル２があけら
れた、０．１mm程のステンレス鋼板からなる。また、第
１基板３の下面を覆う弾性板８は、ニッケルの電鋳加工
法で５ミクロン以下の厚さに形成した金属薄板６に、絶
縁部材７として感光性樹脂を被覆した積層構造をなす。
金属薄板６は、圧電素子２２の伸縮を圧力室５に効率よ
く伝えるために薄いほど好ましいが、圧力室５内のイン
ク５１がしみ出してはならない。インク５１が導電性を
呈する場合、圧電素子２２の正電極４１と負電極４２間
や制御基板１３にインク５１が付着して、電気的にショ
ートしてしまうからである。

【００１５】もし弾性板８を構成する金属薄板６を樹脂
で代替しようすると、樹脂では、５ミクロン程度の厚さ
ではインク５１がしみ出してしまう上、機械的強度も不
足してしまうから金属薄板６をフィルム等の樹脂で代替
することはできない。

【００１６】これらのノズル基板１と第１基板３と弾性
板８を接合したものが圧力室形成ユニットである。

【００１７】次に、上述の圧力発生ユニットと圧力室形
成ユニットの接合について説明を加える。圧力発生ユニ
ットと圧力室形成ユニットは、ヘッドフレーム１１の弾
性板８との接合面に設けられた基準ピン（図示せぬ）と
弾性板８に設けられた基準穴（図示せぬ）により高精度
に位置決めされる。そして、エポキシ系の接着剤により
密着接合される。弾性板８は非常に薄く、２０ミクロン
程度であるため、ヘッドフレーム１１の接合面にならい
確実に密着接合される。このとき、インク供給管３１が
ヘッドフレーム１１と一部品で形成され、かつヘッドフ
レーム１１の弾性板８との接合面にインク供給孔３２が
設けられているため、圧力発生ユニットと圧力室形成ユ
ニットの接合により、同時にインク供給孔３２とインク
連絡口３３が位置的な誤差もなく、確実に接合される。

【００１８】図３は本発明の第２の実施例を示すインク
ジェットヘッドの斜視図である。また、図４は同実施例
をより詳細に示す部分断面図である。両図において、圧
力室形成ユニットを形成する弾性板６８は、ノズル基板
１や第１基板３よりも小さく形成されている。そして、
第１の実施例と同様に、第１基板６３は、ノズル基板１
と、弾性壁となる弾性板６８とで挟まれて、リザーバ６
４と圧力室６５を形成する。このとき、インク連絡口７
３は第１基板６３に配設されており、取り付け時の基準
穴も第１基板６３に設けられている。弾性板６８の位置
決めは、第１基板６３の内側面によってなされている。
これらのノズル基板１と第１基板３と弾性板６８を接合
したものが圧力室形成ユニットである。また圧力発生ユ
ニット、すなわち圧電素子２２、固定台２１、ヘッドフ
レーム１１の構成は、第１の実施例とまったく同様であ
るので省略する。この実施例に於いても、圧力発生ユニ
ットと圧力室形成ユニットの接合により、同時にインク
供給孔３２とインク連絡口７３が位置的な誤差もなく、
確実に接合され、第１の実施例とまったく同じ効果が得
られる。さらに、第２の実施例に於いては、弾性板６８
を形成する金属薄板６６の部品形状として、穴等のない
均一な厚みの金属薄であるため、部品のゆがみ、うねり
等が生じない。

【００１９】図５は、本発明の第３の実施例を示したも
のである。この実施例は、図示せぬインクタンクからイ
ンク供給管１３１を通り、ヘッドフレーム１１１の上部
へ供給されていく。ヘッドフレーム１１１の上部、弾性
板１０８との接合面にインク供給孔１３２が設けられて
いる。ヘッドフレーム１１１の上部まで供給されたイン
ク５１は、インク供給孔１３２からインク供給溝１３６
を流れ、弾性板１０８の２箇所のインク連絡口１３３よ
り第１基板１０３のリザーバ１０４、更に圧力室１０５
へと供給されていく。この構成によると、圧力室１０５
へインク５１を供給する上での左右差等の問題、特に各
ノズル間の流路抵抗ばらつきの問題に対して効果があ
る。そして、上記効果を有しながら、ヘッドフレーム１
１１の上部にインク供給用の溝をいれることにより本発
明の特徴とする、インクジェットヘッドのコンパクトさ
を実現できる。また、第１の実施例と同様に弾性板８は
非常に薄く、２０ミクロン程度であるため、ヘッドフレ
ーム１１１の接合面にならい、インク供給溝１３６の周
辺も確実に密着接合され、インク漏れの生じない信頼性
のあるインクジェットヘッドを実現できるものである。

【００２０】図６は、本発明の第４の実施例を示したも
のである。この実施例は、異なるインクを各々の圧力室
へ供給するための実施例であり、特に２色以上のカラー
インクジェットプリンターにおいて使用できるものであ
る。構成は、仕切られた各々のインクタンク（図示せ
ぬ）からそれぞれ２３１ａ・２３１ｂのインク供給管を
通り、それぞれインク供給孔２３２ａ・２３２ｂから、
弾性板のインク連絡口２３３ａ・２３３ｂを経て、それ
ぞれの圧力室２０５ａ・２０５ｂへインク５１は供給さ
れる。そして、それぞれインクの色に対応した印字信号
により、インク滴を吐出して記録媒体にインク像を形成
していく。この実施例によれば、本来各々のインクごと
にインク供給管を接合形成していかなければならないの
に対し、組立工程を簡略化でき、インクジェットヘッド
の価格を下げることができる。

【００２１】図７は、本発明の第５の実施例を示したも
のである。この実施例において、圧力発生ユニットと圧
力室形成ユニットの構成は、第１の実施例と同様な構成
である。この実施例の特徴は、インク供給管３３１の先
端は直接インクタンクに連結されておらず、インク供給
用のチューブ３３５（あるいは、パイプ等）によりイン
クタンクと連結されている。本実施例においても、イン
クジェットヘッドの組立工程に於ける一つの難工程であ
るインク供給管３３１と弾性板８に配置されたインク連
絡口３３の接合は、圧力発生ユニットと圧力室形成ユニ
ットの接合と同時に位置精度よく、確実に行われる。

【００２２】図８は、本発明の第６の実施例を示したも
のである。この実施例は、ホットメルトインク等を使用
したインクジェットヘッドであり、ヒータを搭載してい
る。圧力発生ユニットと圧力室形成ユニットの構成は、
第１の実施例と同様な構成である。インク供給管４３１
はヘッドフレーム４１１の一部として構成され、ヘッド
フレーム４１１の両側面には加熱ヒータ４４０が密着し
配設されている。加熱ヒータ４４０の下端には電力入力
端子４４１が設けられている。インク供給管４３１が圧
力発生ユニット内に構成されているため、特にインク供
給管４３１を加熱するヒータを設ける必要はなく、かつ
インクジェットヘッドがコンパクトであるため、ヒータ
に要する電力を最小にすることができる。

【００２３】また、以上説明した実施例では、それぞれ
先に圧力発生ユニットと圧力室形成ユニットを組立、そ
の後、両者を接合するように説明しているが、組立工程
として限定するのではない。次の２つの手順、 （１）圧力発生ユニットに順次弾性板、第１基板、ノズ
ル基板を接合していく手順。

【００２４】（２）ヘッドフレームに順次弾性板、第１
基板、ノズル基板を接合した後、弾性板基準に圧電素
子、固定台を組み込み接合・固定する手順。

【００２５】であっても効果は同様である。

【００２６】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドは、ノズ
ル開口が形成されたノズル基板と、リザーバ及び圧力室
が形成された第１基板と、リザーバに連通するインク連
絡口が形成された弾性板とを備えた圧力室形成ユニット
と、一端を固定台に固定し他端を自由端として弾性板と
接合するよう配設された圧電素子と、該圧電素子を固定
台を介して位置決めし、かつ上面で圧力室形成ユニット
と接続するヘッドフレームとを具備したインクジェット
ヘッドにおいて、ヘッドフレームの圧力室形成ユニット
接続面には、リザーバにインクを供給する供給孔を有
し、かつ供給孔は圧電素子の長手方向と平行な方向にヘ
ッドフレームを貫通していることにより、圧力室に縦振
動を与えることが可能な圧電素子を備えていることで、
複数の圧力室を高密度に配列させることができる高集積
のインクジェットヘッドに幅方向のスペースを無駄にす
ることなく合理的にインクを供給することができると同
時に、貫通孔であるインク供給管内に気泡が侵入したと
しても容易に排出させることができるという効果を有す
る。また、インク供給管がヘッドフレームと一部品で形
成され、かつヘッドフレームと圧力室形成ユニットの位
置決めとインク供給孔とインク連絡口の位置決めを同時
に行うことができ、位置決めの信頼性が高く量産性に優
れたインクジェットヘッドを提供することができるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施例の部分断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施例の部分断面図である。

【図５】本発明の第３の実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図６】本発明の第４の実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図７】本発明の第５の実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図８】本発明の第６の実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１、１０１、２０１ ノズル基板 ２、１０２、２０２ ノズル ３、６３、１０３、２０３ 第１基板 ４、６４、１０４、２０４ リザーバ ５、６５、１０５、２０５ 圧力室 ８、６８、１０８、２０８ 弾性板 １１、１１１、２１１、３１１、４１１ ヘッドフ
レーム ２１ 固定台 ２２ 圧電素子 ３１、１３１、２３１、３３１、４３１ インク供
給管 ３２、１３２、２３２、３３２、４３２ インク供
給孔 ３３、７３、１３３、２３３、３３３ インク連
絡口 ５１ インク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−145531（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−1052（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口が形成されたノズル基板と、
   リザーバ及び圧力室が形成された第１基板と、前記リザ
   ーバに連通するインク連絡口が形成された弾性板とを備
   えた圧力室形成ユニットと、 一端を固定台に固定し他端を自由端として前記弾性板と
   接合するよう配設された圧電素子と、 該圧電素子を固定台を介して位置決めし、かつ上面で前
   記圧力室形成ユニットと接続するヘッドフレームとを具
   備したインクジェットヘッドにおいて、 前記ヘッドフレームの前記圧力室形成ユニット接続面に
   は、前記リザーバにインクを供給する供給孔を有し、か
   つ前記供給孔は前記圧電素子の長手方向と平行な方向に
   前記ヘッドフレームを貫通していることを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記ヘッドフレームの前記弾性板との接
   合面にインク供給溝を形成した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】 前記供給孔が複数設けられていることを
   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。