JP3659270B2

JP3659270B2 - インクジェットヘッド接続ユニット及びその組立方法

Info

Publication number: JP3659270B2
Application number: JP21383895A
Authority: JP
Inventors: 篤西岡; 幸弘花岡; 和彦佐藤; 勉山崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1995-08-22
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2015-08-22
Also published as: JPH0957997A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドからインクを噴射して被記録部材に記録を行うインクジェットプリンタに関し、特にインクジェットヘッドにインクを供給するためのインク供給路を接続するためのインクジェットヘッド接続ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェットヘッドをインク供給路に連通させる方法として、インクジェットヘッドを構成する基板と、供給路を構成する部材とを接着剤を用いて接合し、インク供給路を形成し、インクジェットヘッドにインクを供給する方法が用いられている。
【０００３】
例えば、実開平４−１０７０４３号には、開口を有するガラスまたはセラミックの基板を、溝及び開口を有するプラスチックの背板の凹所に接着剤を用いて接着することにより、噴出機構（インクに推進力を与えるための機構）にインクを供給するインク供給路が構成される例が開示されている。
【０００４】
この基板の表面には、複数の薄膜熱インクジェット抵抗が形成され、該インクジェット抵抗部分への供給口が、基板を貫通して開口されている。また、背板の凹所には、基板の供給口に対応する位置に溝が設けられ、更に、該溝と弾性体のインク溜めに連通するように、背板にも開口が設けられている。そして、基板と背板を接着することにより、インク溜めからインクジェット抵抗部分にインクを供給する毛細管供給路が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来技術では、次のような問題があった。
【０００６】
適切な量の接着剤を薄く均一にインクジェットヘッドを構成する基板もしくは背板に塗布するのが困難であり、特に、接着剤塗布量が多い場合、接着剤がインク流路へ流れ込んで毛細管供給路を塞ぎ、吐出機構へのインク供給を阻害し、その結果、インク滴の吐出が行われなくなるおそれがあった。逆に、接着剤の塗布量が少ない場合、接合面に隙間が生じ、その隙間からインク漏れが発生するという機能的な問題が潜在していた。
【０００７】
また、インクジェットの組立の過程で、接着剤が塗布された面が露出するため、埃等が接着面に付着し、前述したように接合面に隙間が生じるおそれがあった。更に、接着剤が塗布された面に、吐出機構が形成された基板を接着するため、背板に対して正確に位置を決めて、基板を貼着することも難しかった。
【０００８】
本発明はこのような欠点を解決するためになされたものであり、その目的は、インクジェットヘッドを構成する基板を他の部材に接着することにより、該インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給路が形成されるインクジェットヘッド接続ユニットにおいて、インク吐出不良のない、またインク漏れの生じない信頼性の高いインクジェットヘッド接続ユニット、もしくはインクジェットカートリッジを提供することにある。
【０００９】
更に、容易に製造可能であり、安価で品質の高いインクジェットヘッド接続ユニットを得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッド接続ユニットは、インク滴を吐出するノズルが形成された第１の面と、該ノズルにインクを供給するための取込口が形成された第２の面と、を有するインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドへのインク供給口が底部に形成された開口部を備えた第１のケース部材と、前記インクジェットヘッドの側面を挟持し、前記第１のケース部材とともに前記インクジェットヘッドの第２の面及び側面を覆う第２のケース部材と、を有し、
前記インクジェットヘッドの第２の面が前記第１のケース部材の開口部に挿入され、前記第１のケース部材と前記第２のケース部材とが結合されるとき、前記インクジェットヘッドと前記第１、第２のケース部材とを接合する接着剤が充填される空間が、前記インクジェットヘッドの側面を取り巻いて形成され、前記第１及び第２のケース部材を構成する材料は、ＰＳＦ又はＡＢＳを用いると共に、前記インクジェットヘッドを構成する材料は、ホウ珪酸ガラス又はシリコンを含み、前記接着剤の硬化後のヤング率は、３６．０kgｆ／mm²以下であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記第１または第２のケース部材に、前記接着剤を、結合されたケース内の前記空間に注入するための孔を設けたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記第２のケースには、前記インクジェットヘッドの側面を適度な圧力で挟み込む爪部が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法は、
前記インクジェットヘッドの第２の面を、前記第１のケース部材の開口部に挿入し、
前記第２のケースを前記インクジェットヘッドに外嵌した後、
当該第２のケースを前記第１のケースの方向に押圧し、
前記第１のケースに嵌挿し、
結合されたケース内に形成され、前記側面を取り巻く空間に、前記ケース外部から接着剤を注入することを特徴とする。
【００１６】
【作用】
本発明の上記の構成もしくは方法においては、インクジェットヘッドにインクを供給するための供給口が底部に形成された開口部を備えた第１のケース部材と、前記インクジェットヘッドの側面を挟持する第２のケース部材とを結合することにより、前記インクジェットヘッドのインク取込口が形成された面及び側面を覆い、結合されたケース内部の空間に接着剤をケース外部から注入し、インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給路を形成する。このとき、接着剤は、インクジェットヘッドとヘッドケース部材との間の隙間にまで良好にまわり込み、インク供給路は、外界から遮断される。
【００１７】
このように、接着剤は外部からケース内部に注入され、組立の過程で接着剤が外部に露出することがないため、非常に組立が容易な、インクジェットヘッド接続ユニットもしくは、インクジェットカートリッジを提供できる。また、接着剤を用いて組み立てる際に従来常に問題となった接着面への埃等の付着によって生じていた接着不良等の問題も、本発明によれば殆ど皆無である。
【００１８】
また、ケースに対するインクジェットヘッドの位置決めも、ケース自体にヘッドを挿入することで行われ、その後、接着剤で固定するため、従来の方法にくらべ、インクジェットヘッドの位置決めも精度良く行うことが可能である。
【００１９】
更に、本発明では、第２のケースを前記インクジェットヘッドに外嵌した後、当該第２のケースを前記第１のケースの方向に押圧しながら、第１のケース部材と第２のケース部材を結合される。このため、組立時にインクジェットヘッドのインク取込口が形成された面は、第２のケース部材のインク供給口が形成された開口部の底面に押しつけられる。このため、インク供給口とインク取込口が接合する面には殆ど隙間ができないため、ケース内部の空間に注入された接着剤が、インク供給路を閉塞することはない。
【００２０】
このように、本発明によれば、インク漏れのない、インク供給路を閉塞するおそれのない、組立の容易な、強固な接着接合が、安価に達成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１から図６を用いて、本発明の実施例におけるインクジェットヘッド接続ユニットの詳細を説明する。尚、本実施例では、インクジェットカートリッジを例にとり説明するが、本発明は、カートリッジタイプに限定されるものでなく、インクジェットヘッドにインクを供給するいかなるインクジェットヘッド接続ユニットにも適応可能である。
【００２２】
図１は本発明の実施例におけるインクジェットカートリッジの構成を示す分解斜視図であり、図２は、同じくインクジェットカートリッジのノズル側からみた正面図であり、図３は、同じくインクカートリッジの一部であるインクジェットヘッド接続ユニットの断面図（図２のＡ−Ａ部分断面図）である。
【００２３】
第１のケース部材４０（以下便宜上ヘッドケースと呼ぶ）、第２のケース部材３０（以下ノズルケース３０と呼ぶ）とインクジェットヘッド１０とからなるインクジェットヘッド接続ユニットと、インク袋５０及びインクケース６０とからなるインク供給部とから構成されている。
【００２４】
ノズルケース３０はＡＳ，ＡＢＳ、ＰＳＦ（ポリサルフォン）等の樹脂部材から構成されており中央部には、インクジェットヘッド１０が装着されたとき、そのノズル４が現れる開口部３１ａを備えたノズルプレート部３１が設けられ、その周辺部分にはインク止め溝３２が設けられている。このインク止め溝３２は、ノズルの目詰まり、インク流路内の気泡の発生等による吐出不良発生時に回復処理動作（例えば、外部からインク袋５０を押圧することで増粘したインク、気泡を排出する動作（プライミングともいう））でノズルより排出されたインクをその表面張力により止めておくようにしたものであり、この溝の内側にはそのときに排出されたインクが表面張力をもった状態で保持される。そして、使用者は、この排出されたインクの量を観察することによって、プライミングを行う。即ち、溝の内側一杯にインクが排出されたとき適量なプライミングが行われるように、溝の内側の面積が予め設定されている。
【００２５】
ノズルケース３０の背面の開口部外周には、後述する接着溝を形成するための突起壁３６が形成されている。また、ノズルケース３０の背面には、ヘッドケースと結合するためのピン３３が２個設けられている。ノズルケース３０の正面の下部には接着剤注入口３４（図２に図示）が設けられ、その接着剤注入口３４は後述する接着剤溝に連通している。
ヘッドケース４０はＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＡＢＳ等の透明部材から構成されており、そのノズルケース３０と対向する側には係合穴４３が形成されており、これにノズルケースのピン３３が圧入され、ノズルケース３０とヘッドケース４０とが結合される。また、ヘッドケース４０の正面のほぼ中央には、ノズルケースの突起壁３６が挿入される開口部４１が形成されており、その開口部の中央にはノズルケースの開口部３１ａと同様な形状の開口部４２（図３に図示）が設けられている。この開口部４２には、インクジェットヘッド１０のインク取込口２７側が収納される。
【００２６】
インクジェットヘッド１０の一方の端部にはノズル４が形成され、他方の端部にはインク取込口２７が形成されている。そして、インクジェットヘッド１０及びインクジェットヘッド内に列状に配置された圧力発生素子に信号を送出するためのヘッドＦＰＣ１０１（フレキシブル・プリント・サーキット）は、ヘッドケース４０の溝４９に挿入され、ＦＰＣの端子部１０２は、インクケース６０の下面に固着される。インクカートリッジがキャリッジ（不図示）に装着されたとき、キャリッジに設けられている端子とＦＰＣの端子１０２は、電気的に接続される。
【００２７】
このようにインクジェットヘッド１０が収納されたヘッドケース４０に、蓋をするように、ノズルケース３０が結合される。ノズルケース３０の突起壁３６の内側には、インクジェットヘッドを挟み込む一対の爪３７が設けられており、これらは、ケースの結合に際し、インクジェットヘッド１０をヘッドケース４０の開口部４２の底面に押しつけるように作用する。これにより、インクジェットヘッド１０のインク取込口２７側の面が、ヘッドケース４０の開口部４２の底面に密着し、かつ、インクジェットヘッド１０のインク取込口２７とヘッドケース４０のインク供給口５７と連通した状態で、ケース内部にインクジェットヘッド１０が支持される。また、爪３７は、ケースに対して、インクジェットヘッド１０の位置を決める機能も有している。
【００２８】
図３に示すように、結合されたケース内部には、ヘッドケースの開口部４１とノズルケースの突起壁３６によりインクジェットヘッド１０のインク供給口２７にほど近い外周部の一周にわたり帯状に空間（接着溝４８）が形成される。
【００２９】
ノズルケース３０には、接着剤注入口３４と、注入管３５が設けられており、この接着剤溝４８には、注入管３５を介して、接着剤注入口３４から、例えば、注射針が装着されたディスペンサーを用いて注入された接着剤が充填される。これにより、インクジェットヘッド１０のインク供給口２７の周囲が接着剤で封止され、インクジェットヘッド１０がケースに固着される。
【００３０】
図４は、接着剤溝４８に接着剤が充填された状態を示す説明図である。
【００３１】
接着剤が充填される接着剤溝４８の領域は、図４に示す斜線部分であり、インクジェットヘッド１０の外周をとりまくように充填される。接着溝４８に充填された接着剤は毛細管力によりインクジェットヘッド１０とヘッドケース４０の隙間に導かれ、均一に浸透する。
【００３２】
しかしながら、前述したように、インク取込口２７とインク供給口５７と連通した状態で、インクジェットヘッド１０のインク取込口２７側の面が、ヘッドケース４０の開口部４２の底面に密着するように、インクジェットヘッド１０は、爪３７により支持されているため、接着剤は、これらの面の間に僅かに生じる隙間に浸透するのみで、インク取込口２７とインク供給口５７内に浸透することはない。
【００３３】
インクジェットヘッド接続ユニットは、このように接合され、インク供給部からノズルまで完全な連通状態が得られる。即ち、ヘッドケース４０の背面に形成されているインク供給管４７から供給されたインクが、ヘッドケース４０のケースリザーバ５６を経て、他に漏れることなく、また、はみ出した接着剤等に妨害されることなく、インクジェットヘッド１０のインク取込口２７へ供給され、ヘッド内部の圧力発生手段を駆動することによりノズル４からインク液滴１０４として吐出される。
【００３４】
このように構成された本発明のインクジェットヘッド接続ユニットは、接着剤を１ヶ所の注入口から一定量注入するだけで良好なインクジェットヘッドとインクジェットヘッドを保持しインクを供給するヘッドケースとの接合が得らる。それにより、インク漏れのない、強固で安定な接着接合が達成される。
【００３５】
ヘッドケースの正面の上部にはインク注入口４４が設けられ、インク注入時以外には栓４７が圧入されている。この栓４７は圧入した際にごみが出ないようように配慮されており、例えばナイロン部材等から構成されているが、ポリイミド等の軟らかい樹脂又は金属球のようなものでもよい。ヘッドケースの背面にはインク供給管４７（図３に図示）が形成されており、その入口にはフィルタ５５（図３に図示）が熱溶着されている。また、ヘッドケースの背面にはインクケース６０と結合するためのピン４５が複数個設けられている。
【００３６】
インク袋５０はその材質は例えばブチルゴムからなり、先端部は図示のように円形の開口部５１からなり、開口部５１の縁はパッキン部５２が設けられている。このパッキン５２は、ヘッドケース４０とインクケース６０とのよって挟持されてシール構造を形成する。
【００３７】
印字動作を行っていない待機時や、プリンタから取り外されて放置された状態にあるインクカートリッジのノズル４から、インクが漏出することを防止するために、インクカートリッジ内に構成されるインク経路内にインクジェットヘッド１０からインクを戻す方向に働く圧力（負圧）を常に与える必要がある。本実施例ではインク袋５０のバネ特性（形状回復性）により負圧を得ている。
【００３８】
インクケース６０はヘッドケース４０と同様に、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＡＢＳ等の透明部材から構成されており、そのヘッドケース４０に対向する側には開口部６１が形成されており、それにはインク袋５０が収納される。また、係合穴６２が形成されており、これにはヘッドケースのピン４５が圧入して固定されて、ヘッドケース４０とインクケース６０とが結合される。
【００３９】
以下、図５及び図６を用いて、本発明のインクジェットヘッドの一例を詳細を説明する。
【００４０】
図５は、本発明の実施例におけるインクジェットヘッド接続ユニットによりインク供給手段と接続されるヘッドジェットヘッド全体の斜視図である。図６はインクジェットヘッドのインク流路部の断面側面図である。
【００４１】
本発明のインクジェットヘッド１０は次に詳述する構造を持つ３枚の基板１、基板２、基板３を重ねて接合した積層構造となっている。
【００４２】
中間の第１の基板１は、シリコン基板であり、上面に第３の基板３が接合されることにより複数のノズル４と、底壁を振動板５とする圧力発生部である吐出室６と、吐出室６の後部に設けられるオリフィス７と、各々の吐出室６にインクを供給するためインク供給部であるリザーバ８と、リザーバ８の後部に設けられたインク取込口２７を構成することになる溝を有する。
【００４３】
第１の基板１の下面に接合される下側の第２の基板にはホウ珪酸系ガラスを使用し、第１の基板１の振動板５の下部に電極を装着するための振動室９を構成することになる凹部１５が設けられているこの第２の基板２の接合によって振動室９を構成するとともに、第２の基板２上の振動板５に対応する各々の位置に、ＩＴＯ導電膜をスパッタし、個別電極２１としている。個別電極２１はリード部２２及び端子部２３を持つ。
【００４４】
第１の基板１の上面に接合される上面の第３の基板３は、第２の基板２と同じくホウ珪酸ガラスを用いている。この第３の基板３の接合によって、ノズル４、吐出室６、オリフィス７、リザーバ８及びインク取込口２７が構成される。
【００４５】
このように組み立てられたインクジェットヘッド１０は、更にインクジェットカートリッジとして組み立てた後、図６に説明されるように、共通電極１７と個別電極２１間にヘッドＦＰＣ１０１を介して、駆動回路８０に接続される。インク１０３はインク供給口２７を経て第１の基板１に内部に供給され、リザーバ８、吐出室６等を満たしている。
【００４６】
駆動回路８０により、共通電極１７、個別電極２１間に電圧が印加されると、所定の空隙を以て対向する振動板５及び個別電極２１からなる静電アクチュエータに充電が行われ、ここに発生する静電気力によって、振動板５は、個別電極２１側に撓む。これにより、吐出室６内の圧力が低下し、リザーバ８から吐出室６内にインクが引き込まれる。その後、充電を停止し、静電アクチュエータに蓄えられた電荷を急激に放電すると、振動板自体の弾性力で振動板５は、元の形状に復元する。この時、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル４よりインク液滴１０４が吐出され、記録紙１０５上に印字が行われる。
【００４７】
本実施例では、インク滴を吐出するための圧力発生手段として、電気信号を振動板の振動に変換してインク滴を吐出させる電気−機械変換手段の一種である静電アクチュエータを用いたものを例示したが、本発明の主旨を鑑みれば、これに限定されるものでない。例えば、圧力発生手段として、圧電素子を用いて電気−機械変換手段を構成しても良いし、インクに熱を与え、インク内に発生する気泡によりインク滴を吐出するいわゆる電気−熱変換素子を用いても良い。
【００４８】
【実施例】
以下に本発明のインクジェットヘッド接続ユニットを構成する部材の好ましい材料及びその線膨張係数を示す。
【００４９】

インクジェットヘッドとヘッドケースの接合を行う場合、インクに直接接触する部位に接着剤が露出するが、このようにインクに直接触れる場所に使用する接着剤の特性としては、耐インク性、ガスバリア性が優れることが求められる。このような特性を満たす接着剤として一般的に熱硬化のエポキシ接着剤が挙げられる。
【００５０】
しかしながら、インクジェットヘッドを構成する部材にホウ珪酸ガラス等の耐応力の低い材料を使用する場合には、ケース部材との接合部において熱膨張の差によりヘッドが応力を受け、インクジェットヘッドを構成する部材にクラックが発生することがある。
【００５１】
上記の材料を用い、更に、例えばシリコーン変性樹脂等の硬化後のヤング率が低い接着剤を使用した場合、前述のクラック発生という現象は生じない。
【００５２】
これは、軟らかい接着剤がインクジェットヘッドとケース部材の熱膨張の差で発生する応力を減少させ、クラック発生を防いでいるためである。詳細な実験の結果、硬化後のヤング率が３６．０kgｆ／mm²以下の接着剤であれば、ホウ珪酸ガラスを使用したインクジェットヘッドのおいて、クラック等の現象は発生しないことがわかった。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のインクジェットヘッド接続ユニットによれば、接着剤がインク流路内部へ流れ込んでインク流路を塞ぎ、インクジェットヘッドへのインクの供給を妨害することで、インク滴の吐出が不能となる不具合が生じるおそれがない。
【００５４】
また、接着剤の塗布が均一に行われないこと、組立の過程で接着剤の塗布面に埃等が付着することに起因する接合不良でインク漏れが発生するおそれもない。
【００５５】
更に、インクジェットヘッド接続ユニットもしくは、インクジェットカートリッジの組立の過程で、それらを構成する部材間を接着するための接着面が外部に露出していないため、非常に組立が容易である。
【００５６】
このように、接合が容易で全般的に信頼性の高いインクジェットヘッド接続ユニット及び該ユニットを備えるインクジェットカートリッジを廉価に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のインクジェットカートリッジの構成を示す分解斜視図。
【図２】図１に示すインクジェットカートリッジの正面図。
【図３】図２に示すインクジェットカートリッジのＡ−Ａ断面図。
【図４】図１に示すインクジェットカートリッジにおいて、接着剤溝４８に接着剤が充填された状態を示す説明図。
【図５】本発明の実施例におけるインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図６】図５に示すインクジェットヘッドの断面図。
【符号の説明】
４ノズル
１０インクジェットヘッド
２７インク取込口
３０ノズルケース
４０ヘッドケース
４９ヘッドＦＰＣ
５０インク袋
６０インクケース

Claims

インク滴を吐出するノズルが形成された第１の面と、該ノズルにインクを供給するための取込口が形成された第２の面と、を有するインクジェットヘッドと、
該インクジェットヘッドへのインク供給口が底部に形成された開口部を備えた第１のケース部材と、
前記インクジェットヘッドの側面を挟持し、前記第１のケース部材とともに前記インクジェットヘッドの第２の面及び側面を覆う第２のケース部材と、
を有し、
前記インクジェットヘッドの第２の面が前記第１のケース部材の開口部に挿入され、前記第１のケース部材と前記第２のケース部材とが結合されるとき、前記インクジェットヘッドと前記第１、第２のケース部材とを接合する接着剤が充填される空間が、前記インクジェットヘッドの側面を取り巻いて形成され、
前記第１及び第２のケース部材を構成する材料は、ＰＳＦ又はＡＢＳを用いると共に、
前記インクジェットヘッドを構成する材料は、ホウ珪酸ガラス又はシリコンを含み、
前記接着剤の硬化後のヤング率は、３６．０kgｆ／mm²以下であることを特徴とするインクジェットヘッド接続ユニット。
請求項１において、前記第１または第２のケース部材に、前記接着剤を、結合されたケース内の前記空間に注入するための孔を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド接続ユニット。
請求項１において、前記第２のケースには、前記インクジェットヘッドの側面を適度な圧力で挟み込む爪部が設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド接続ユニット。
請求項１または２または３記載のインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法において、
前記インクジェットヘッドの第２の面を、前記第１のケース部材の開口部に挿入し、
前記第２のケースを前記インクジェットヘッドに外嵌した後、
当該第２のケースを前記第１のケースの方向に押圧し、
前記第１のケースに嵌挿し、
結合されたケース内に形成され、前記側面を取り巻く空間に、前記ケース外部から接着剤を注入することを特徴とするインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法。