JP4353833B2 - インクジェットプリントヘッドパッケージ - Google Patents

Description

本発明はインクジェットプリントヘッドパッケージに係り、より詳しくはプリントヘッドのワイピングが容易であり、より簡単な構造を有したインクジェットプリントヘッドパッケージに関する。

一般に、インクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴(droplet)を用紙や織物等印刷対象物上の所望の位置に吐出させて印刷対象物の表面に所定色相の画像を印刷する装置である。こうしたインクジェットプリントヘッドはインク吐出方式により広く二つに大別される。その一つは熱源を用いてインクにバブルを発生させてそのバブルの膨張力によりインクを吐出させる熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであり、他の一つは圧電体を使用してその圧電体の変形によりインクに加えられる圧力によりインクを吐出させる圧電方式のインクジェットプリントヘッドである。

こうしたインクジェットプリントヘッドは半導体製造工程を始めとして様々な方法により一般的にチップ形態で製造される。そして、製造されたプリントヘッドチップをプリンタに装着するためにはパッケージングが必要である。

図１には従来のインクジェットプリントヘッドパッケージの一例が示されている。

図１を参照すれば、従来のプリントヘッドパッケージは、多数のノズル11が複数列に配列されたノズルプレート13と、多数のノズル11の各々に対応する多数の圧力チャンバが形成された流路形成板14と、ケーシング17に固定された圧電アクチュエータ12の振動を伝達して圧力チャンバの容積を変化させる弾性板15から成る流路ユニット16を備えている。この流路ユニット16はノズル11を露出させる窓が形成されたヘッドカバー19によりケーシング17に固定される。

前記従来のプリントヘッドパッケージにおいて、ノズル11から吐出されたインク液滴中の一部がノズルプレート13の表面に残留すると、他の色相のインクと混色を起こすか、インク液滴の吐出方向を変化させて印刷品質を低下させる。従って、ノズルプレート13の表面に残留したインクを除去するために、通常、ワイピングブレードが使用される。このワイピングブレードはプリントヘッドパッケージの往復移動時にノズルプレート13の表面に接触して残留したインクをワイピングする。

ところで、従来のプリントヘッドパッケージでは、ノズルプレート13の表面全周がヘッドカバー19により包まれているので、ある程度の弾性変形が可能なワイピングブレードであっても、ノズルプレート13の表面のうちヘッドカバー19に近い領域には密着せずにこの領域に残留したインクが十分に除去されないという問題があった。

これにより、前記問題を防止できるプリントヘッドパッケージが開発され、こうしたプリントヘッドパッケージの一例が図２乃至図４に示されている。ここに示されたプリントヘッドパッケージは従来技術文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第６，２０６，４９９号明細書

図２に示したプリントヘッドパッケージは、ケーシング32と、多数のノズル43が形成されたノズルプレート41を具備する流路ユニット34と、前記流路ユニット34をケーシング32に固定するヘッドカバー35から構成される。

前記ヘッドカバー35はケーシング32の側面に各々接触する四つの側壁50を有する。前記側壁50のうちワイピング方向(矢印A方向)と直交する方向(矢印B方向)に平行な側壁にのみノズルプレート41の表面を覆うオーバーラップ部51が設けられている反面、ワイピング方向(矢印A方向)に平行な側壁にはワイピング空間52が形成されるようにオーバーラップが設けられていない。

このような構造を有した従来のプリントヘッドパッケージでは、図３と図４に示したように、ノズルプレート41の表面をワイピングブレード56でワイピングする時、ワイピングブレード56がノズルプレート41の表面の全幅に亘って接触するため、ノズルプレート41の表面のインクKをより容易に除去できる長所がある。

しかし、前記プリントヘッドパッケージにおいても、図４に示したように、流路ユニット34をケーシング32に固定するためにヘッドカバー35にオーバーラップ部51が設けられることにより、ノズルプレート41とオーバーラップ部51との間にインクが染みつき、このインクは印刷動作時に印刷対象物に飛散して印刷物質を落とすことがある。そして、ノズルプレート41の表面とオーバーラップ部51との間に段差が形成され、これによりワイピングブレード56に不安定な動きが発生する。又、段差により形成された隅部位に除去できないインクが累積するといった問題が発生する。

本発明の技術的課題は、特にヘッドカバーを備えずにプリントヘッドのワイピングがより容易であり、単純化された構造を有したインクジェットプリントヘッドパッケージを提供することである。

前記技術的課題を達成するための本発明に係るインクジェットプリントヘッドパッケージは、垂直に貫通形成された中空部とインク供給部とを有し、その底面に前記中空部と前記インク供給部とを取り囲む溝が形成されたフレームと、前記溝内部に塗布される接着剤と、前記接着剤により前記フレームに接着され、前記インク供給部を通じて供給されたインクを多数のノズルを通じて吐出させるプリントヘッドチップと、を備えることを特徴とする。

ここで、前記接着剤は常温硬化シリコン樹脂であることが望ましい。

一方、前記接着剤は、前記インク供給部周りの溝内部に塗布される常温硬化シリコン樹脂と、前記中空部周りの溝内部に塗布されるエポキシ樹脂とから成る。

そして、前記溝の内側縁に沿って前記プリントヘッドチップを接触支持する支持面が形成され、前記支持面は前記フレームの底面と段差を成すことが望ましい。

前記段差は前記プリントヘッドチップの厚さより大きくないことが望ましく、特に前記プリントヘッドチップの底面と前記フレームの底面が同一平面を成すように、前記段差は前記プリントヘッドチップの厚さと実質的に同一であることがさらに望ましい。

前記プリントヘッドチップは、前記インク供給部を通じて供給されたインクが充填される多数のインクチャンバと、前記多数のインクチャンバに対応する多数のノズルと、前記インクチャンバ内のインクを前記ノズルを通じて吐出させる駆動力を与えるアクチュエータとを有することが望ましい。

そして、前記フレームの上部には印刷回路基板が設けられたブラケットが結合され、前記印刷回路基板と前記プリントヘッドチップとはフレキシブル印刷回路により電気的に連結され、前記インク供給部にはインク供給ホースを連結し得る。この場合、前記インク供給部には前記インク供給ホースが嵌められるニップルを設けることが望ましい。

前記のような本発明に係るインクジェットプリントヘッドパッケージはヘッドカバーを備えずにプリントヘッドチップのワイピングがより容易であり、その構造が単純化される。

本発明に係るインクジェットプリントヘッドパッケージは従来のヘッドカバーを備えないため、プリントヘッドチップのノズル面とフレームの底面とを同一平面に成すことができる。これにより、ワイピングブレードによるプリントヘッドチップのノズル面のワイピングがより容易であって、ノズル面に残留した異物及びインクをより完全に除去でき、ヘッドカバーとフレームとの間にインクが染みつく従来の問題が発生しない。

そして、プリントヘッドパッケージの構成要素の数が減って構造が単純化され、大きさも小さくなり、これによりコストが低減される。

又、ヘッドカバーがなく、プリントヘッドチップのノズル面とフレームの底面とが同一平面から成るため、ノズルを通じたインク液滴の吐出特性の測定が容易である。

以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。しかし、後述する実施形態は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当業者に十分に説明するため提供されるものである。以下の図面で同一な参照符号は同一な構成要素を示し、図面上で各構成要素の大きさは説明の明瞭性と便宜上誇張し得る。

図５は本発明の望ましい実施形態によるインクジェットプリントヘッドパッケージを示す分解斜視図であり、図６は図５に示す本発明に係るインクジェットプリントヘッドパッケージを裏返して見た分解斜視図である。

図５と図６とを共に参照すれば、本発明に係るインクジェットプリントヘッドパッケージは、フレーム100と、接着剤200によりフレーム100に接着されるプリントヘッドチップ300を備える。

前記フレーム100は垂直に貫通形成された中空部110と、前記中空部110に隣接して垂直に貫通形成されたインク供給口120を有する。前記インク供給口120には後述するインク供給ホース430が嵌められるニップル122が設けられる。前記フレーム100はプラスチック材料で製造され、前記ニップル122はステンレス鋼で製造される。

そして、前記フレーム100の底面101には前記中空部110とインク供給口120とを取り囲む溝130が所定深さに形成される。前記溝130の内部には前記プリントヘッドチップ300をフレーム100に接着させるための接着剤200が塗布される。

前記接着剤200としては優秀な接着性と密封特性とを与える多種の接着剤を使用し得る。本発明では、前記接着剤200として常温硬化(RTV：Room Temperature Vulcanizing)シリコン樹脂を使用する。前記RTVシリコン樹脂は優秀な接着性と密封特性とを与えるだけではなく、硬化のための加圧や加熱を不要にするといった長所を有する。又、前記RTVシリコン樹脂はインクと反応せずに長時間経過しても劣化せず、インクを変質させない長所がある。

一方、前記接着剤200として、RTVシリコン樹脂とエポキシ樹脂とを共に使用することもできる。前記エポキシ樹脂は種類により様々な硬化器具を有し、RTVシリコン樹脂に比べて接着性が強い長所がある反面、インクとある程度反応する短所がある。従って、インクと接触可能性が高いインク供給口120の周辺領域D、即ちインク供給口120周りの溝130内部にはインクと反応しないRTVシリコン樹脂を塗布し、インクとの接触可能性が低い前記中空部110回りの溝130内部には接着性がより強いエポキシ樹脂を塗布することが望ましい。

図７は図５に表示されたC−C’線に沿ったインクジェットプリントヘッドパッケージの垂直断面図である。

図７を参照すれば、前記溝130の内側縁に沿って、即ち中空部110の周りとインク供給口120の周りに沿ってプリントヘッドチップ300を接触支持する支持面132を形成し得る。この場合、前記支持面132は前記溝130の底面から所定高さだけ突出して前記フレーム100の底面101と段差Sを成すことが望ましい。

前記段差Sは前記プリントヘッドチップ300の厚さTより大きくないことが望ましい。即ち、前記段差Sはプリントヘッドチップ300の厚さTより小さいかプリントヘッドチップ300の厚さTと同一であるように形成される。特に、前記段差Sがプリントヘッドチップ300の厚さTと実質的に同一である場合には、プリントヘッドチップ300の底面301(以下、ノズル面という)と前記フレーム100の底面101は同一平面を成す。

前記プリントヘッドチップ300は前記インク供給口120と連通したインク導入口311を通じて供給されたインクを多数のノズル331を通じて吐出させるものであり、前記したように接着剤200により前記フレーム100に堅固に接着される。

この際、前記プリントヘッドチップ300をフレーム100に接着させる工程は次の通り行われる。先ず、フレーム100を裏返して置き、即ちフレーム100の底面101に形成された溝130が上側を向くようにした状態で、前記溝130内部に前記RTVシリコン樹脂とエポキシ樹脂のような接着剤200を塗布する。この際、接着剤200は液相又はペースト状態であり得る。次いで、前記プリントヘッドチップ300を接着剤200上に載せた後、圧着板を使用してプリントヘッドチップ300をフレーム100に圧着する。この際には、再びフレーム100を裏返してプリントヘッドチップ300が下側に位置するようにすることが望ましい。これは、前記溝130内部に接着剤200が十分に充填されない場合にも、液相又はペースト状態の接着剤200が溝130の下側に位置したプリントヘッドチップ300とフレーム100との接触面をより確実に密封することができるようにするためのものである。この状態で所定時間が過ぎれば、接着剤200が硬化されつつプリントヘッドチップ300はフレーム100に堅固に接着される。接着剤200が硬化後、前記圧着板を除去すれば、プリントヘッドチップ300とフレーム100との接着工程は完了する。

前記のように、本発明に係るインクジェットプリントヘッドパッケージには従来のヘッドカバーを備えていない。又、プリントヘッドチップ300のノズル面301とフレーム100の底面101は同一平面を成し得る。これにより、ワイピングブレードがプリントヘッドチップ300のノズル面301の全体に完全に接触し、これによりノズル面301のワイピングがより容易になってノズル面301に残留した異物及びインクをより完全に除去できる。そして、プリントヘッドパッケージの構成要素が縮んで構造が単純化され、大きさも小さくなり、これによりコストを低減し得る。

図８には図５に示したプリントヘッドチップの構造が示されている。

図８を参照すれば、前記プリントヘッドチップ300は、前記インク供給口120を通じて供給されたインクが充填される多数のインクチャンバ312と、前記多数のインクチャンバ312に対応する多数のノズル331と、前記インクチャンバ312内のインクを前記ノズル331を通じて吐出させる駆動力を与えるアクチュエータ340を有する。本発明の望ましい実施形態では、前記アクチュエータ340としては圧電方式のアクチュエータが使用される。

具体的に、前記プリントヘッドチップ300は、三枚の基板310,320,330を積層して接合することにより成し得る。前記三つの基板310,320,330の各々にはインク流路を成す構成要素が形成され、上部基板310上には前記圧電アクチュエータ340が設けられる。

上部基板310には、前記インク供給口120に対応するインク導入口311と、多数のインクチャンバ312が形成される。前記インクチャンバ312は中間基板320に形成されるリザーバ321の両側に２列に配列されている。

上部基板310上には圧電アクチュエータ340が形成される。圧電アクチュエータ340は、インクチャンバ312の上部に設けられる振動板341と、前記振動板341上に設けられて前記振動板341を振動させる圧電体343を備える。前記圧電体343の下には共通電極の役割を果たす下部電極342が設けられ、圧電体343上には圧電体343に電圧を印加する駆動電極の役割を果たす上部電極344が設けられる。

前記中間基板320には前記インク導入口311と連結されるリザーバ321が所定深さに長く形成され、又リザーバ321とインクチャンバ312の一端部を連結するリストリクター322がより浅く形成される。そして、中間基板320にはインクチャンバ312の他端部に対応する位置に垂直に貫通するダンパー323が形成される。

前記下部基板330にはダンパー323と対応する位置に貫通する多数のノズル331が形成される。

このように形成された三枚の基板310,320,330は前述したように積層されて互いに接合することにより前記プリントヘッドチップ300を構成する。

こうした構成を有したプリントヘッドチップ300の作動を説明すれば以下の通りである。インク貯蔵庫(図示せず)からインク供給口120とインク導入口311とを通じてリザーバ321内部に流入したインクはリストリクター322を通じてインクチャンバ312内部に供給される。インクチャンバ312内部にインクが充填された状態で、圧電アクチュエータ340の上部電極344を通じて圧電体343に電圧が印加されれば、圧電体343は変形され、これにより振動板341が下側に歪む。振動板341の歪み変形によりインクチャンバ312の嵩が減少し、これにより、インクチャンバ312内の圧力が上昇することによりインクチャンバ312内のインクはダンパー323を経てノズル331を通じて外部に吐出される。次いで、圧電アクチュエータ340の圧電体343に印加された電圧が遮断されれば、圧電体343は原状に復元され、これにより振動板341が原状に復元されながらインクチャンバ312の嵩が増加する。これによるインクチャンバ312内の圧力減少によりリザーバ321に貯蔵されているインクがリストリクター322を通じてインクチャンバ312内に流入してインクチャンバ312は再びインクで充満される。

図９には他の構成要素が付加されたインクジェットプリントヘッドパッケージが示されている。

図９を参照すれば、プリントヘッドチップ300が接着された前記フレーム100の上部にはブラケット410が結合される。前記フレーム100とブラケット410との結合はスクリュー401によりなされる。前記ブラケット410にはプリントヘッドチップ300を駆動するための印刷回路基板(PCB：Printed Circuit Board)412が設けられる。

前記PCB412とプリントヘッドチップ300とはフレキシブル印刷回路(FPC：Flexible Printed Circuit)420により電気的に連結される。前記FPC420はフレーム100の中空部110を通じてPCB412とプリントヘッドチップ300に連結し得る。そして、前記PCB412にはFPC420を連結するためのコネクタ414が設けらる。

そして、前記フレーム110のインク供給口120にはインク供給ホース430の一端部が連結される。前記インク供給ホース430の他端部はプリンタに装着されたインク貯蔵庫に連結される。前記インク供給口120には前述したようにインク供給ホース430が嵌められるニップル122を設け得る。

このように構成されたインクジェットプリントヘッドパッケージに対してプリントヘッドチップの接着強度とシーリング特性とを実験した結果は以下の通りである。70℃の温度で1時間程度プリントヘッドチップを駆動させて見た結果、インク漏れの無いことが確認された。そして、8psiの圧力にプリントヘッドチップにインクを供給して見た結果、密封に異常がないことが確認された。又、この実験後にプリントヘッドチップの接着状態にも異常がないことが確認された。この実験結果を見れば、本願発明によりヘッドカバー無しで接着剤を使用してプリントヘッドチップをフレームに接着させた場合にも十分な接着強度とシーリング特性とを確保できることが分かる。

一方、プリントヘッドチップのインク吐出特性を測定しようとする時には、図９に示したようにCCDカメラ440等を使用するが、従来ではヘッドカバーにより遮られてノズルの直前でのインク吐出速度等を測定することが困難であった。しかし、本発明に係るプリントヘッドパッケージでは、ヘッドカバーが無く、プリントヘッドチップ300のノズル面301とフレーム100の底面101が同一平面から成るため、CCDカメラ440等を使用してノズルの直前でインク吐出速度等を測定するのが容易である。

以上、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されずに、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。例えば、上記した本発明は圧電方式のプリントヘッドチップを備えたプリントヘッドパッケージに適用されると示しかつ説明したが、これに限定されるものではなく、熱駆動方式のプリントヘッドチップを備えたプリントヘッドパッケージにも適用し得る。又、プリントヘッドチップをフレームに付着させるための接着剤として常温硬化シリコン樹脂とエポキシ樹脂とが例示されているが、この他にも接着とシーリング特性とを有した他の種類の接着剤を使用し得る。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲により決まるものである。

本発明のインクジェットプリントヘッドパッケージは、例えばコンパクトな構造のインクジェットプリンタに効果的に適用可能である。

従来のインクジェットプリントヘッドパッケージの一例を示す分解斜視図である。 従来のインクジェットプリントヘッドパッケージの他の例を示す組立て斜視図である。 図２に示したヘッドカバーの断面図であって、ワイピングブレードの正面から見た図である。 図２に示したヘッドカバーの断面図であって、ワイピングブレードの側面から見た図である。 本発明の望ましい実施例によるインクジェットプリントヘッドパッケージを示す分解斜視図である。 図５に示した本発明に係るインクジェットプリントヘッドパッケージを裏返して見た分解斜視図である。 図５に表示したC−C’線に沿ったインクジェットプリントヘッドパッケージの垂直断面図である。 図５に示したプリントヘッドチップを部分切断して示す分解斜視図である。 他の構成要素が付加されたインクジェットプリントヘッドパッケージを示す斜視図である。

符号の説明

１００ フレーム
１０１ 底面
１１０ 中空部
１２０ インク供給口（インク供給部）
１２２ ニップル
１３０ 溝
１３２ 支持面
２００ 接着剤
３００ プリントヘッドチップ
３０１ ノズル（底）面
３１０ 上部基板
３１１ インク導入口（インク導入部）
３１２ インクチャンバ
３２０ 中間基板
３２１ リザーバ
３２２ リストリクター
３２３ ダンパー
３３０ 下部基板
３３１ ノズル
３４０ 圧電アクチュエータ
３４１ 振動板
３４２ 下部電極
３４３ 圧電体
３４４ 上部電極
４０１ スクリュー
４１０ ブラケット
４１２ 印刷回路基盤（PCB）
４１４ コネクタ
４２０ 印刷回路（FPC）
４３０ インク供給ホース
４４０ CCDカメラ

Claims (10)

1. 垂直に貫通形成された中空部とインク供給部とを有し、その底面に前記中空部と前記インク供給部とを取り囲む溝が形成されたフレームと、
   前記溝内部に塗布される接着剤と、
   前記接着剤により前記フレームに接着され、前記インク供給部を通じて供給されたインクを多数のノズルを通じて吐出させるプリントヘッドチップと、
   を備え、
   前記溝の内側縁に沿って前記プリントヘッドチップを接触支持する支持面が形成され、
   前記支持面は前記フレームの底面と段差を成すことを特徴とするインクジェットプリントヘッドパッケージ。
2. 前記段差は前記プリントヘッドチップの厚さより大きくないことを特徴とする、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドパッケージ。
3. 前記プリントヘッドチップの底面と前記フレームの底面とが同一平面を成すように、前記段差は前記プリントヘッドチップの厚さと実質的に同一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プリントヘッドパッケージ。
4. 前記プリントヘッドチップは、
   前記インク供給部を通じて供給されたインクが充填される多数のインクチャンバと、前記多数のインクチャンバに対応する多数のノズルと、
   前記インクチャンバ内のインクを前記ノズルを通じて吐出させる駆動力を与えるアクチュエータと、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドパッケージ。
5. 前記アクチュエータは、
   前記インクチャンバの上部に設けられた振動板と、
   前記振動板上に設けられて該振動板を振動させる圧電体と、
   を備える圧電アクチュエータであることを特徴とする、請求項４に記載のインクジェットプリントヘッドパッケージ。
6. 前記プリントヘッドチップは、
   前記インク供給部に対応するインク導入部と、
   前記インクチャンバが形成された上部基板と、
   前記インク導入部と前記インクチャンバとを連結するリザーバと、
   前記インクチャンバと前記ノズルとを連結するダンパーが形成された中間基板と、
   前記多数のノズルが形成された下部基板と、
   前記上部基板上に形成された前記圧電アクチュエータと、
   を備えることを特徴とする、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッドパッケージ。
7. 前記フレームの上部には印刷回路基板が設けられたブラケットが結合され、
   前記印刷回路基板と前記プリントヘッドチップとはフレキシブル印刷回路により電気的に連結され、
   前記インク供給部にはインク供給ホースが連結されたことを特徴とする、請求項１に記
   載のインクジェットプリントヘッドパッケージ。
8. 前記インク供給部に前記インク供給ホースが嵌められるニップルを設けたことを特徴とする、請求項７に記載のインクジェットプリントヘッドパッケージ。
9. 前記接着剤は常温硬化シリコン樹脂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プリントヘッドパッケージ。
10. 前記接着剤は、前記インク供給部周りの溝内部に塗布される常温硬化シリコン樹脂と、前記中空部周りの溝内部に塗布されるエポキシ樹脂とから成ることを特徴とする、請求項
    １に記載のインクジェットプリントヘッドパッケージ。
    
    
    

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