JP4713069B2 - Inkjet printer head - Google Patents
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Description
本発明は、圧電式等のインクジェットプリンタヘッドに関するものである。 The present invention relates to an ink jet printer heads of the piezoelectric type or the like.
先行技術のオンデマンド型の圧電式等のインクジェットプリンタヘッドにおいては、印字方向に対してノズル列を直交方向に配置したインクジェットヘッドユニット(以下単にヘッドユニットという)は、複数個のノズルとそのノズル毎にそれぞれ形成された圧力室と、その複数の圧力室にインクを供給する共通インク室(マニホールド室)を備えたキャビティユニットと、このキャビティユニットの背面側に設けて前記圧力室のそれぞれの駆動部を有する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータに電気的信号を送信するフレキシブルフラットケーブルとから構成されている。 In an on-demand type piezoelectric ink jet printer head of the prior art, an ink jet head unit (hereinafter simply referred to as a head unit) in which nozzle rows are arranged in a direction perpendicular to the printing direction includes a plurality of nozzles and each nozzle. And a cavity unit having a common ink chamber (manifold chamber) for supplying ink to the plurality of pressure chambers, and a drive unit for each of the pressure chambers provided on the back side of the cavity unit. And a flexible flat cable that transmits an electrical signal to the piezoelectric actuator.
このヘッドユニットをその背面側に位置する部材に固定する構成として、例えば、特許文献1には、ヘッドホルダの底板にヘッドユニットを固定し、このヘッドユニットの前面に保護カバーを被せる構成が記載されている。この特許文献1では、前記ヘッドホルダの底板において、ヘッドユニットの背面の四隅近傍及び保護カバーの背面の一部が露出可能な位置に、接着剤流し込み孔を穿設する技術が示されており、ヘッドユニットを並設する箇所では、隣り合うヘッドユニットの背面に跨る部分が露出するように接着剤流し込み孔を穿設している。そして、前記底板の前面側にヘッドユニットを配置して保護カバーを被せた状態で、前記接着剤流し込み孔に接着剤が流し込まれる。これにより、接着剤が、ヘッドユニットの背面の四隅近傍と保護カバーの背面とに接触して硬化し、前記底板に対してヘッドユニットと保護カバーとが固定される。
従来は、ヘッドホルダの底板にヘッドユニットを直接接着固定していたが、ヘッドホルダは軽量化のために合成樹脂を素材として成形されているので、その線膨張係数が、金属プレート及び圧電シートの積層体であるヘッドユニットよりも大きい。そのため、ヘッドホルダに固定されたヘッドユニットの位置が、環境温度の変化で変動したり、傾いたり(平行度が悪化)することがあった。その結果、用紙における複数のインク着色点にズレが発生し、色ずれが生じたり、画像の解像度が低下したりするという問題が発生していた。 Conventionally, the head unit is directly bonded and fixed to the bottom plate of the head holder. However, since the head holder is formed of synthetic resin as a material for weight reduction, its linear expansion coefficient is that of the metal plate and the piezoelectric sheet. It is larger than the head unit that is a laminate. For this reason, the position of the head unit fixed to the head holder sometimes fluctuates or tilts (parallelism deteriorates) due to a change in environmental temperature. As a result, there has been a problem that a plurality of ink coloring points on the paper are deviated, resulting in color misregistration and a reduction in image resolution .
また、ヘッドユニットにおける圧電アクチュエータが一部分で積層方向の歪みが生じると、その圧力室に対して圧力を付与するだけでなく、キャビティユニットの他の部分にも歪みを生じ、他の部分の圧力室においてインク吐出動作を行う際にいわゆるクロストークが起きるという課題を有していた。 In addition, if the piezoelectric actuator in the head unit is partially distorted in the stacking direction, not only pressure is applied to the pressure chamber, but also distortion occurs in other parts of the cavity unit, and pressure chambers in other parts In other words, there is a problem that so-called crosstalk occurs when the ink discharge operation is performed .
本発明は、上記課題を解消し、ヘッドユニットの位置が、環境温度の変化で変動したり、傾いたりするのを抑え、また、クロストークを抑えたインクジェットプリンタヘッドを提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide an ink jet printer head in which the position of the head unit is prevented from fluctuating or tilting due to a change in environmental temperature, and crosstalk is suppressed. Is.
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明におけるインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルを有し複数枚のプレートを積層して構成されたヘッドユニットと、そのヘッドユニットの背面側に位置する金属製のフレームと、そのフレームの背面側を支持する合成樹脂製のヘッドホルダとを備え、前記ヘッドユニットが、前記複数個のノズル及び各ノズルごとの圧力室を有する金属製のキャビティユニットと、そのキャビティユニットの背面側に設けられ複数枚の積層された圧電シートと、圧電シートを挟み複数の圧力室に対する共通電極と、前記各圧力室毎に対応する位置に形成された個別電極とを備えて、前記共通電極と個別電極とに電圧印加することにより圧電シートの積層方向の歪みにより前記各圧力室内のインクに吐出圧力を与えるアクチュエータとを備え、前記フレームの剛性が、前記キャビティユニットの剛性よりも高く、前記フレームと前記キャビティユニットとが線膨張係数が近い材料で構成され、前記キャビティユニットの背面側に沿って前記フレームが接着剤にて固定され、前記フレームは、前記アクチュエータの幅よりも大きく、前記キャビティユニットの幅よりも小さい開口部を有し、 前記アクチュエータは、前記フレームと接触しないように前記フレームの開口部内において前記キャビティユニットに直接接着され、前記ヘッドユニットが前記フレームを介して前記ヘッドホルダに固定されていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an ink jet printer head according to a first aspect of the present invention includes a head unit configured by laminating a plurality of plates having a plurality of nozzles arranged in a row on the front surface. A metal frame located on the back side of the head unit and a synthetic resin head holder that supports the back side of the frame, the head unit including the plurality of nozzles and the pressure for each nozzle. A metal cavity unit having a chamber, a plurality of stacked piezoelectric sheets provided on the back side of the cavity unit, a common electrode for the plurality of pressure chambers sandwiching the piezoelectric sheet, and corresponding to each pressure chamber And by applying a voltage to the common electrode and the individual electrode, the piezoelectric sheet may be deformed by distortion in the stacking direction of the piezoelectric sheet. An actuator for applying an ejection pressure to the ink in each pressure chamber, wherein the rigidity of the frame is higher than the rigidity of the cavity unit, and the frame and the cavity unit are made of a material having a close linear expansion coefficient, and the cavity said frame along the back side of the unit is secured by an adhesive, wherein the frame is greater than the width of the actuator has an opening smaller than the width of said cavity unit, wherein the actuator includes: the frame It is directly bonded to the cavity unit in the opening of the frame so as not to contact, and the head unit is fixed to the head holder via the frame.
また、請求項2に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズル及び各ノズルごとの圧力室を有するキャビティユニットと、そのキャビティユニットの背面側に設けられ前記圧力室内のインクに吐出圧力を与えるアクチュエータと、前記キャビティユニットの背面側に位置する金属製のフレームと、そのフレームの背面側を支持する合成樹脂製のヘッドホルダとを備え、前記ヘッドユニットが、前記複数個のノズル及び各ノズルごとの圧力室を有する金属製のキャビティユニットと、そのキャビティユニットの背面側に設けられ複数枚の積層された圧電シートと、圧電シートを挟み複数の圧力室に対する共通電極と、前記各圧力室毎に対応する位置に形成された個別電極とを備えて、前記共通電極と個別電極とに電圧印加することにより圧電シートの積層方向の歪みにより前記各圧力室内のインクに吐出圧力を与えるアクチュエータとを備え、前記フレームは、前記アクチュエータによる前記キャビティユニットの歪みを抑える剛性を有する材料で構成され、前記キャビティユニットの背面側に沿って前記フレームが接着剤にて固定され、前記フレームは、前記アクチュエータの幅よりも大きく、前記キャビティユニットの幅よりも小さい開口部を有し、前記アクチュエータは、前記フレームと接触しないように前記フレームの開口部内において前記キャビティユニットに直接接着され、前記キャビティユニットが前記フレームを介して前記ヘッドホルダに固定されていることを特徴とするものである。
An ink jet printer head according to a second aspect of the present invention includes a cavity unit having a plurality of nozzles arranged in a line on the front surface and a pressure chamber for each nozzle, and provided on the back side of the cavity unit. An actuator that applies discharge pressure to the ink in the pressure chamber, a metal frame located on the back side of the cavity unit, and a synthetic resin head holder that supports the back side of the frame, the head unit comprising: A metal cavity unit having a plurality of nozzles and a pressure chamber for each nozzle, a plurality of stacked piezoelectric sheets provided on the back side of the cavity unit, and a common for a plurality of pressure chambers sandwiching the piezoelectric sheets An electrode and an individual electrode formed at a position corresponding to each pressure chamber, and the common electrode An actuator that applies discharge voltage to the ink in each of the pressure chambers by applying a voltage to another electrode due to distortion in the stacking direction of the piezoelectric sheets, and the frame has rigidity to suppress distortion of the cavity unit by the actuator Composed of a material, the frame is fixed with an adhesive along the back side of the cavity unit, and the frame has an opening larger than the width of the actuator and smaller than the width of the cavity unit; The actuator is directly bonded to the cavity unit in the opening of the frame so as not to contact the frame, and the cavity unit is fixed to the head holder via the frame. .
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記アクチュエータに接続されるフレキシブルケーブルが、前記フレームの前記開口部から前記フレームの背面側に引き出されていることを特徴とするものである。
Further, an invention according to
また、請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ヘッドホルダは、その底板に、前記フレームを前記ヘッドホルダに固定するための接着剤の流し込み穴を有することを特徴とするものである。
また、請求項5に記載の発明は、請求項3に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ヘッドホルダは、その底板に、前記フレキシブルケーブルを挿通させるスリットを有することを特徴とするものである。
また、請求項6に記載の発明は、請求項1または2に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ヘッドホルダは、その底板に、前記キャビティユニットにインクを供給するためのスリーブを挿通する挿通孔を有することを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the inkjet printer head according to any one of the first to third aspects, wherein the head holder is made of an adhesive for fixing the frame to the head holder on a bottom plate thereof. It has a pour hole.
According to a fifth aspect of the present invention, in the inkjet printer head according to the third aspect , the head holder has a slit through which the flexible cable is inserted in the bottom plate.
According to a sixth aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first or second aspect , the head holder has an insertion hole through which a sleeve for supplying ink to the cavity unit is inserted in the bottom plate. It is characterized by having.
請求項1の発明によれば、フレーム及びキャビネットユニットは金属製であり、前記フレームの剛性が、前記キャビティユニットの剛性よりも高く、ヘッドユニットとフレームとが線膨張係数が近い材料で構成され、キャビティユニットの背面側に沿ってフレームが接着剤にて固定され、ヘッドユニットがフレームを介してヘッドホルダに固定されるので、従来のように、環境温度の変化でヘッドホルダに固定されたヘッドユニットの位置が、変動したり、傾いたり(平行度が悪化)することにより、用紙における複数のインク着色点にズレが発生し、色ずれが生じたり、画像の解像度が低下したりするということを低減することができる。また、フレームの開口部内に前記アクチュエータを配置してフレームをキャビティユニットに固定することができる。
According to the invention of
また、請求項2の発明によれば、フレーム及びキャビティユニットは金属製であり、フレームが、アクチュエータによるキャビティユニットの歪みを抑える剛性を有する材料で構成され、キャビティユニットの背面側に沿ってフレームが接着剤にて固定され、キャビティユニットがフレームを介してヘッドホルダに固定されるので、従来のように、ヘッドユニットにおける圧電アクチュエータが一部分で積層方向の歪みが生じると、その圧力室に対して圧力を付与するだけでなく、キャビティユニットの他の部分にも歪みを生じ、他の部分の圧力室においてインク吐出動作を行う際にいわゆるクロストークが起きるということ抑制することができる。また、フレームの開口部内に前記アクチュエータを配置してフレームをキャビティユニットに固定することができる。
According to the invention of claim 2 , the frame and the cavity unit are made of metal, the frame is made of a material having rigidity that suppresses distortion of the cavity unit by the actuator, and the frame extends along the back side of the cavity unit. Since the cavity unit is fixed to the head holder via the frame by being fixed with an adhesive, if the piezoelectric actuator in the head unit is partially distorted in the stacking direction, pressure is applied to the pressure chamber. In addition to the above, it is possible to suppress the occurrence of so-called crosstalk when the ink discharge operation is performed in the pressure chamber of the other part due to distortion in the other part of the cavity unit. The frame can be fixed to the cavity unit by arranging the actuator in the opening of the frame.
また、請求項3の発明によれば、フレームの開口部からアクチュエータに接続されたフレキシブルケーブルをフレームの背面側に引き出すことができる。
According to the invention of
また、請求項4の発明によれば、ヘッドホルダの底板に設けた流し込み穴から接着剤を流し込んでフレームをヘッドホルダに固定することができる。
また、請求項5発明によれば、ヘッドホルダの底板に設けたスリットから、アクチュエータに接続されたフレキシブルケーブルを引き出すことができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the frame can be fixed to the head holder by pouring the adhesive from the pouring hole provided in the bottom plate of the head holder.
According to the fifth aspect of the present invention, the flexible cable connected to the actuator can be pulled out from the slit provided in the bottom plate of the head holder.
また、請求項6発明によれば、ヘッドホルダの底板に設けた挿通孔を通じて、前記キャビティユニットにインクを供給するためのスリーブを挿通することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the sleeve for supplying ink to the cavity unit can be inserted through the insertion hole provided in the bottom plate of the head holder.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明を適用するインクジェットプリンタの斜視図、図2は第1の実施形態におけるプリンタヘッドを背面側から見た平面図、図3は図2のIII ―III 線矢視断面図、図4はプリンタヘッドを前面側から見た平面図、図5(a)はヘッドユニットをフレームに取り付けた状態の側面図、図5(b)はヘッドユニットをフレームに取り付けた状態を背面側から見た平面図、図6は図5(b)のIV―IV線矢視断面図、図7は接着用穴の拡大斜視図、図8は図7のVIII―VIII線矢視断面図、図9はヘッドユニットの各部品の斜視図、図10はキャビティユニットの各部品の部分斜視図、図11はキャビティユニットの各部品の部分拡大斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a perspective view of an ink jet printer to which the present invention is applied, FIG. 2 is a plan view of the printer head according to the first embodiment viewed from the back side, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a plan view of the printer head viewed from the front side, FIG. 5A is a side view of the head unit attached to the frame, and FIG. 5B is a view of the head unit attached to the frame viewed from the back side. 6 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 5B, FIG. 7 is an enlarged perspective view of the bonding hole, FIG. 8 is a sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. Is a perspective view of each part of the head unit, FIG. 10 is a partial perspective view of each part of the cavity unit, and FIG. 11 is a partially enlarged perspective view of each part of the cavity unit.
本発明に係るカラーインクジェットプリンタ100は、図1に示すように、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色のカラーインクがぞれぞれ仕切られて充填されたインクカートリッジ61と、用紙(被記録媒体)62に印字するためのインクジェットプリンタヘッド(以下単にプリンタヘッドという)63と、前記インクカートリッジ61とプリンタヘッド63が搭載されるキャリッジ64と、このキャリッジ64を前記用紙62の搬送方向(副走査方向、以下Y方向という)と直交する方向(主走査方向、以下X方向という)に往復移動させる駆動ユニット65、キャリッジ64の往復移動方向に延び、前記プリンタヘッド63と対向配置されたプラテンローラ66と、パージ装置67とを備えている。
As shown in FIG. 1, a
駆動ユニット65は、キャリッジ64の下端部に配置されてプラテンローラ66と平行に延びるキャリッジ軸71と、キャリッジ64の上端部に配置されてキャリッジ軸71と平行に延びるガイド板72と、キャリッジ軸71とガイド板72との間にあって、キャリッジ軸71の両端部に配置される2つのプーリ73、74とこの両プーリ73,74に巻き掛けしたタイミングベルト75とからなる。
The
モータ76の駆動に従って回転する一方のプーリ73からの駆動力により、タイミングベルト75に接合されているキャリッジ64が、前記キャリッジ軸71とガイド板72に支持されて直線往復移動できる。
The
図示しない給紙部からY方向(副走査方向)に搬送される用紙62は、前記プラテンローラ66とプリンタヘッド63との間に導入されて、後述するようにプリンタヘッド63から吐出されるインクにより所定の印字がなされ、その後排紙される。
A
パージ装置67はプラテンローラ66の側方に設けられ、プリンタヘッド63がリセット位置にある時に、プリンタヘッド63に対向するように配置されている。このパージ装置67は、プリンタヘッド63の後述する複数のノズル11aを覆うように当該ノズルの開口面に対して当接するパージキャップ81と、ポンプ82及びカム83と、インク貯留部84とを備えている。プリンタヘッド63がリセット位置にあるときに、プリンタヘッド63の内部に溜まる気泡等を含んだ不良インクを、カム83の駆動によりポンプ82によって吸引することにより、プリンタヘッド63の回復を図るようにしている。なお、吸引された不良インクはインク貯留部84に貯められる。
The
パージ装置67におけるプラテンローラ66側の位置には、パージ装置67に隣接してワイパ部材86が配置されている。このワイパ部材86はへら状に形成されており、キャリッジ64の移動に伴って、プリンタヘッド63のノズル面を拭くものである。ノズル面を拭く場合に、ワイパ部材86は上方に突出され、ノズル面を拭かない場合には下方に後退している。
A
キャップ85は、インクの乾燥を防止するため、印字が終了するとリセット位置に戻されるキャリッジ64に搭載されたプリンタヘッド63の複数のノズル11aを覆うものである。
The
プリンタヘッド63は、図3に示すように、前面(図3における下面)に列状に配置された複数個のノズル11aを有するヘッドユニット6と、このヘッドユニット6の背面側に位置するフレーム50と、このフレーム50の背面側に位置するヘッドホルダ1とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
ヘッドホルダ1には、前述したインクカートリッジ61を搭載する搭載部3が備えられ、このインクカートリッジ61からヘッドユニット6に、後述する各色毎のインク供給用のスリーブ4を介して、インクが供給されるようになっている。
The
まず、ヘッドユニット6の構成から説明する。ヘッドユニット6は、図9〜図11に示すように、複数枚の金属プレートを積層して構成されたキャビティユニット10と、このキャビティユニット10に対して接着剤または接着シートを介して接着し積層されるプレート型の圧電アクチュエータ20と、その背面(上面)に外部機器との電気的接続のために重ね接合されたフレキシブルフラットケーブル40とにより構成されている。
First, the configuration of the
前記キャビティユニット10は、図10に示すように、ノズルプレート11、2枚のマニホールドプレート12、12、スペーサプレート13及びベースプレート14の5枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね接合した構造に構成されている。この実施形態では、ノズルプレート11を除く各プレートは、42%ニッケル合金鋼板製で、50μm〜150μm程度の厚さを有する。
As shown in FIG. 10, the
この実施形態のヘッドユニット6は、図9に示すように、ノズル11aが多数設けられてY方向(副走査方向)に長く構成された長尺型のヘッドであり、ヘッドユニット6が取り付けられるプリンタヘッド63も、図2に示すように、Y方向(副走査方向)に長く構成されている。ヘッドユニット6のノズル11aは、図10に示すように、Y方向に延びる全部で4列のノズル列11bとして設けられており、これら4列のノズル列11bはY方向の中間で2分され、2列ずつを1組として計4組のノズル群11cに構成されている。そして、ノズル群11c内では、各ノズル列11b、11bが一定ピッチで千鳥配列されている。
As shown in FIG. 9, the
前記下側のマニホールドプレート12にはノズルプレート11が接着され、各ノズル群11c毎に、ノズル11aに連通する多数の貫通路17が、上下両マニホールドプレート12、12及びスペーサプレート13の各々の長辺(Y方向)に沿って、ノズル11aに対応する2列の千鳥配列状に一定ピッチで設けられている。そして、2枚のマニホールドプレート12、12には、各ノズル群11c毎に、インク通路12a、12bが、前記貫通孔17の列の両側に沿って延びるように穿設されている。但し、図11の拡大図に示すように、下側のマニホールドプレート12におけるインク通路12bは、このマニホールドプレート12の上側のみに開放するように凹み形成されている。このインク通路12a、12bは、上側のマニホールドプレート12に対する前記スペーサプレート13の積層により密閉される構造になっている。また、これらインク通路12a、12bは、ノズル群11cに対応して、貫通孔17を挟む2個を1組として短辺(X方向)方向に2組、また長辺(Y方向)方向の中間において分けられて2組、計4組設けられており、それぞれ両短辺側の端部から異なる色のインクを供給できるようになっている。
The
また、前記ベースプレート14には、各ノズル群11c毎に、短辺(X方向)に沿って延びる細幅の圧力室16が2列ずつ多数個穿設されている。そして、前記千鳥状のノズル列と平行状の長手基準線14a、14bを設定すると(図11参照)、左側の圧力室16の先端16aは前記右側の長手基準線14a上に位置し、右側の圧力室16の先端16aは左側の長手基準線14b上に位置し、且つこの左右の圧力室16の先端16aが交互に配置されている。これにより、左右両側の圧力室16は一つおきに互いに逆方向に延びるように交互に配置されていることになる。
In addition, a plurality of
この各圧力室16の先端16aは、前記スペーサプレート13及び両マニホールドプレート12、12に同じく千鳥配列状にて穿設されている貫通路17、17、17を介して連通している。一方、前記各圧力室16の他端16bは、前記スペーサプレート13に穿設された貫通孔18を介して、前記両マニホールドプレート12、12におけるインク通路12a、12bに連通している。前記各圧力室16の他端16bは、ベースプレート14の下面側にのみ開口するように凹み形成されているものである。
The
これにより、前記ベースプレート14及びスペーサプレート13の短辺側の両端部に穿設のインク供給口19a、19bから前記インク通路12a、12b内に流入したインクは、このインク通路12aから前記各貫通孔18を通って前記各圧力室16内に分配されたのち、この各圧力室16内から前記貫通路17、17、17を通って、この圧力室16に対応するノズル11aに至るという構成になっている(図10参照)。なお、前述したようにインク通路12a、12bは長辺方向と短辺方向とで4組に分けられ各組に異なる色が供給されるため、各ノズル群11cは、その長辺方向の一方端側の半分、他方端側の半分、及び短辺方向の2群で異なる色のインクが吐出される。
As a result, the ink that has flowed into the
前記インク供給口19aは、図9に示すように、各インク通路12a、12b毎に計8個設けられている。そしてインク供給口19aは、2個(1色)を一組として、その上面にそれぞれインクカートリッジ61から供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ29が接着剤にて固定されている。
As shown in FIG. 9, a total of eight
また、各フィルタ29(2個1組のインク供給口19a)上には、インクカートリッジ61からインクの供給を受けるために、筒状のスリーブ4が各々突設されている(図6参照)。各スリーブ4は、内部にインク通路を有するとともに、下部に外径の大きい大径部4aと、上部に外径の小さい小径部4bとを有しており、その各下端面が、前記各フィルタ29上にエポキシ樹脂等にて強固に接着固定されている。また、前記小径部4bの外周には、インクカートリッジ61と接続する流路部材との接続に際して、インク漏れを防止するために、環状の弾性シール体であるゴム製のパッキンもしくはOリング等が被嵌される(図示せず)。
In addition, on each filter 29 (a set of two
また、キャビティユニット10の背面(上面)には、図5、図6及び図9に示すように、Y方向に延びる左右両長辺に沿って、接着用穴51が所定間隔で窪み形成されている。すなわち、接着用穴51は貫通させずに有底の穴として形成されている。そして、このキャビティユニット10の側面には、図7に示すように後述するフレーム50の流し込み孔57と対向しない位置に、前記接着用穴51の底部と外部とを連通させる空気逃がし通路52が開口されている。この実施形態では、キャビティユニット10の最下層となるノズルプレート11が短辺側(X方向)長辺側(Y方向)ともにその他のプレートよりも細幅に形成されているため、接着用穴51が形成される左右両長辺寄りの部位では、下側のマニホールドプレート12が最下層のプレートとなっている。そのため、図7に示すように、キャビティユニット10を構成する複数のプレートのうち、背面側に位置するベースプレート14、及びスペーサプレート13に、それぞれ板厚さ方向に平面視略矩形状の貫通孔を穿設し、ベースプレート14、スペーサプレート13、及び上下のマニホールドプレート12、12を積層することによって、上側のマニホールドプレート12の背面(上面)側が底部となって、有底の接着用穴51が構成されている。
Further, as shown in FIGS. 5, 6, and 9, bonding holes 51 are recessed at predetermined intervals along the left and right long sides extending in the Y direction on the back surface (upper surface) of the
また、上側のマニホールドプレート12には、一端がベースプレート14に穿設された前記貫通孔と重なり、他端が当該マニホールドプレート12の側面に開口する複数の空気逃がし通路52が、このマニホールドプレート12の板厚さを貫通して形成されている。すなわち、接着用穴51の底部近傍の側面からヘッドユニット6の側面に延びるように空気逃がし通路52が形成される。そして、この空気逃がし通路52の断面積は、接着用穴51の断面積よりも小さく形成されている。この空気逃がし通路52の接着用穴51に重なる部分は、実質接着用穴51が延長され、それを兼ねることができる。
The
なお、ベースプレート14及びスペーサプレート13における接着用穴51形成のための貫通孔の穿設や、上側のマニホールドプレート12における空気逃がし通路52の穿設は、各プレートにおけるその他の加工と同時に行われる。
The through holes for forming the bonding holes 51 in the
また、この実施形態では、図7に示すように、1つの接着用穴51に断面積の小さい5つの空気逃がし通路52を設けているが、空気逃がし通路52の数は任意に設定できる。また、空気逃がし通路52は、上側のマニホールドプレート12の板厚さを貫通せずに、当該マニホールドプレート12の上面側に開口する凹所(ハーフエッチング)の通路として形成してもよい。また、空気逃がし通路52は、接着用穴51の底部近くに設けることが望ましいが、必要に応じて、積層方向の中間に位置するプレートに形成してもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, five
一方、図9に示す圧電アクチュエータ20は、複数枚の圧電シートを積層した構造であり、特開平4−341851号公報に記載のように、前記各圧電シートのうち最下段の圧電シートとそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シートの上面には、前記キャビティユニット10における各圧力室16の箇所ごとに細幅の個別電極(図示せず)が形成されている。下から偶数番目の圧電シートの上面には、複数個の圧力室16に対して共通のコモン電極(図示せず)が形成されている。前記最上段のトップシートの上面には、表面電極30として、前記各個別電極の各々に対して電気的に接続した個別用の表面電極と、前記コモン電極に対して電気的に接続したコモン用の表面電極とが設けられている。
On the other hand, the
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ20は、前記キャビティユニット10に対して、この圧電アクチュエータ20における各個別電極が前記キャビティユニット10における圧力室16の各々に対応するように積層固定される。この実施形態では、キャビティユニット10が長尺であるため、2つの圧電アクチュエータ20、20が長辺側(Y方向)に沿って並べて固定される。このとき、ヘッドユニット6の背面(上面)側に上述した接着用穴51及びインク供給用のスリーブ4が露出するように、キャビティユニット10及び2つの圧電アクチュエータ20、20のサイズが設定されている。
The plate-
また、圧電アクチュエータ20における背面(上面)側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル40における各種の配線パターン(図示せず)が、前記表面電極30の各々に電気的に接合される。この実施形態では、2つの圧電アクチュエータ20、20にそれぞれフレキシブルフラットケーブル40、40が接合されている。また、この実施形態の各フレキシブルフラットケーブル40には、ICチップ40aが搭載されたタイプを使用している。
Various wiring patterns (not shown) in the flexible
この構成において、前記圧電アクチュエータ20における各個別電極のうち任意の個別電極と、コモン電極との間に電圧を印加することにより、圧電シートのうち前記電圧を印加した個別電極に対応した部分に圧電による積層方向の歪みが発生し、この歪みにて前記各個別電極に対応する圧力室16の内容積が縮小されることにより、この圧力室16内のインクが、ノズル11aから液滴状に吐出して、所定の印字が行われる。
In this configuration, by applying a voltage between any individual electrode of the individual electrodes in the
なお、この実施形態のヘッドユニット6では、1つのキャビティユニット10に対して2つの圧電アクチュエータ20,20を固定する構成であったが、ヘッドユニット6の構成、数は任意であり、例えば1つのヘッドユニット6を、1つのキャビティユニット10に対して1つの圧電アクチュエータ20を固定する構成としても良いし、このように1つのキャビティユニット10に1つの圧電アクチュエータ20を固定したヘッドユニット6を複数個配列する構成でも良い。また、ヘッドユニット6におけるキャビティプレート10は金属材料の他、セラミックス材であっても良い。さらに、本発明のインクジェットプリンタの駆動手段は、上記のプレート状の圧電アクチュエータ20の他の形式であっても良いし、静電気により、圧力室の背面を覆う振動板を振動させてインクをノズル11aから吐出させる構成であっても良い。
In the
次に、ヘッドユニット6の背面(上面)側に位置し、このヘッドユニット6が接着剤を介して固定されるフレーム50について説明する。フレーム50は金属製であり、図5(a)及び図5(b)に示すように、Y方向に長い略矩形状の平板の中央部分に、Y方向に長い略矩形状の開口部56を穿設した形状を呈している。前述したように、ヘッドユニット6における圧電アクチュエータ20が一部分で積層方向の歪みが生じると、その圧力室に対して圧力を付与するだけでなく、キャビティユニット10の他の部分にも歪みを生じ、他の部分の圧力室においてインク吐出動作を行う際にいわゆるクロストークが起きる。そのため、フレーム50を金属のような剛性の高い素材にすることにより、圧電アクチュエータ20の動作にともなうキャビティユニット10の歪みを抑え、クロストークを抑制することができる。
Next, the
また、従来は、ヘッドホルダの底板にヘッドユニットを直接接着固定していたが、ヘッドホルダは軽量化のために合成樹脂を素材として成形されているので、その線膨張係数が、金属プレート及び圧電シートの積層体であるヘッドユニットよりも大きい。そのため、ヘッドホルダに固定されたヘッドユニットの位置が、環境温度の変化で変動したり、傾いたり(平行度が悪化)することがあった。その結果、用紙における複数のインク着色点にズレが発生し、色ずれが生じたり、画像の解像度が低下したりするという問題が発生していた。そこで、例えば、特開2003−145752号公報に記載のように、ヘッドユニットをその背面側部材であるヘッドホルダの底板に固定するに際し、隣接するヘッドユニットの略中間部位のみを接着固定し、環境温度に変化が生じても、ノズル列の間隔精度や平行度を一定にするように工夫がなされていた。 Conventionally, the head unit is directly bonded and fixed to the bottom plate of the head holder. However, since the head holder is formed of synthetic resin as a material for weight reduction, its linear expansion coefficient is reduced by the metal plate and the piezoelectric element. It is larger than the head unit that is a laminate of sheets. For this reason, the position of the head unit fixed to the head holder sometimes fluctuates or tilts (parallelism deteriorates) due to a change in environmental temperature. As a result, there has been a problem that a plurality of ink coloring points on the paper are deviated, resulting in color misregistration and a reduction in image resolution. Therefore, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-145752, when fixing the head unit to the bottom plate of the head holder which is the back side member, only the substantially intermediate portion of the adjacent head unit is bonded and fixed. Even if the temperature changes, a device has been devised to make the interval accuracy and parallelism of the nozzle rows constant.
しかしながら、本発明のように、ヘッドユニット6を合成樹脂製のヘッドホルダ1に直接接着するのではなく、線膨張係数がヘッドユニット6に近い金属製のフレーム50にヘッドユニット6を接着するように構成することにより、環境温度の変化から受ける前述したような悪影響を大幅に低減することができる。
However, instead of directly bonding the
図5及び図6に示すように、前記したフレーム50の開口部56の細幅(X方向)方向の寸法W1は、ヘッドユニット6における圧電アクチュエータ20の細幅(X方向)方向の寸法W2よりは大きく、またキャビティユニット10の細幅(X方向)方向の寸法W3よりは小さく形成されている。そして、フレーム50の前面(下面)にヘッドユニット6が取り付けられた状態では、図6に示すように、ヘッドユニット6の圧電アクチュエータ20の部分が開口部56の内部に嵌め込まれた状態となり、開口部56から上方に、ヘッドユニット6の背面(上面)に取り付けられた2つのフレキシブルケーブル40及び4本のスリーブ4が引き出される。
As shown in FIGS. 5 and 6, the dimension W1 in the narrow width (X direction) direction of the
このフレーム50には、ヘッドユニット6の接着用穴51に連通可能な接着剤用の流し込み穴57が、左右両長辺側に沿って、前記接着用穴51に対応した位置に設けられている。この実施形態では、流し込み孔57は平面視略矩形状に形成され、流し込み孔57の方が、前記接着用穴51より大きな開口面積となっている。
In this
次にフレーム50の背面(上面)側に位置し、このフレーム50が接着剤を介して固定されるヘッドホルダ1について説明する。ヘッドホルダ1は、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂材の射出成形品で、図3に示すように、上面開放状でY方向に長い略箱状を呈している。そして、この略箱状の内部空間もY方向に長く、前記した搭載部3として、その上方からインクカートリッジ61が着脱自在に装着できるようになっている。また、搭載部3の下面となる底板5には、ヘッドユニット6に固定されたフレキシブルフラットケーブル40を引き出すためのスリット53と、ヘッドユニット6に突設された4本の筒状のスリーブ4を挿通させるため挿通孔54,54と、フレーム50をヘッドホルダ1に固定する接着剤用の第2の流し込み孔55が穿設されている。
Next, the
前記スリット53は、底部5の中央付近において長辺側(Y方向)に沿って細長く形成されている。挿通孔54、54は、搭載部3の短辺側の両端部に略楕円形に形成されている。第2の流し込み孔55は、底部5における下面側の開口の面積が上面側の開口の面積よりも小さい側断面視で逆向き台形状に形成され、底部5の左右両長辺(Y方向)に沿って複数箇所設けられている。この第2の流し込み孔55のY方向の位置は、底部5の下面側となる前記フレーム50の、隣接する流し込み穴57、57の間となるように配置されている。
The
以上のように構成されたヘッドユニット6及びフレーム50をヘッドホルダ1に接着剤を介して固定する方法について説明する。
A method of fixing the
まず、ヘッドユニット6に取り付けられた2つのフレキシブルフラットケーブル40と4本のスリーブ4とを、フレーム50の開口部56から背面側(上方)に取り出すようにして、ヘッドユニット6をフレーム50の前面(下面)に配置し、フレーム50の接着用の流し込み孔57と、ヘッドユニット6の接着用穴51とを位置合わせする。このとき、位置合わせ用の治具等を使用してもよい。そして、フレーム50の各流し込み孔57側からヘッドユニット6の各接着用穴51に、大径の充填筒等を使用して、接着剤58として、例えば光硬化型接着剤であるUV接着剤を一挙に注入する。
First, the two flexible
前記接着用穴51では、上方から接着剤58が流し込まれるに伴って、下方の空気が空気逃がし通路52から外部に抜けるため、接着用穴51の底部に空気が溜まることなく接着剤58が接着用穴51に充填される。そして、接着剤58は、接着用穴51に充填されるだけでなく、流し込み穴57の大部分に充填される程度の量が注入され、硬化される。
In the
次に、ヘッドユニット6が固定されたフレーム50が、ヘッドホルダ1の底板5の前面(下面)に配置される。このとき、底板5に穿設された挿通孔54、54に、それぞれスリーブ4が2本ずつ挿通され、スリット53から2つのフレキシブルフラットケーブル40が引き出される。そして、第2の流し込み孔55に接着剤58を注入して硬化させ、フレーム50がヘッドホルダ1に固定される。 この構成では、接着用穴51の底部近傍に空気逃がし通路52が設けられてることにより、空気が底部に溜まらずに外部に逃げるため、ヘッドユニット6の各接着用穴51毎に一挙に接着剤58を注入することができ、接着作業に要する時間を大幅に短縮できる。特に、接着用穴51の上方から被せるように粘性の高い接着剤58を注入すると、接着剤58自体の下方に流れようとする圧力により、空気を速やかに空気逃がし通路52に押しやることができる。
Next, the
また、ヘッドユニット6の空気逃がし通路52が、フレーム50の流し込み孔57に対向する位置には設けられておらず、また空気逃がし通路52の断面積が接着用穴51の断面積よりも小さく設定されているため、粘性抵抗の大きい接着剤58が、その注入に伴って空気逃がし通路52から漏れることを防止できる。
Further, the
また接着剤58は、接着用穴51に空気を含むことなく充填されることにより、接着用穴51の底部及び側面の全てと接触してその接触面積を増加させることに加え、接着用穴51から流し込み穴57にまで連続して硬化していることにより、ヘッドユニット6とフレーム50との間におけるアンカー効果(作用)が高められ、ヘッドユニット6とフレーム50とを極めて高い接着強度で固定するこができる。
The adhesive 58 fills the
また、接着用穴51はヘッドユニット6の両長辺に沿って複数個設けられて、アンカー効果を複数(多数)箇所で発揮されるため、全体としての接着強度を大幅に向上させることができる。
Further, since a plurality of bonding holes 51 are provided along both long sides of the
また、従来のように、ヘッドユニット6の四隅近傍を表面的に接着剤で覆う場合と比べると、接着剤58は、比較的小さい穴である接着用穴51、流し込み穴57、及び第2の流し込み穴55に充填される程度の量しか使用されないため、接着用穴51が複数設けられていても、全体として使用する接着剤の量を減らし、接着剤のコストを削減することができる。
Also, as compared with the conventional case where the four corners of the
また、ヘッドユニット6の両長辺に沿って、略等間隔に接着用穴51を設けているため、接着剤58の収縮歪みを均等化し、硬化による位置ズレ等を極力少なくすることができる。
In addition, since the bonding holes 51 are provided at substantially equal intervals along both long sides of the
さらに、接着剤58にUV接着剤を使用すると、接着時間を短縮できる。特に金属との接触により硬化が促進されるタイプのUV接着剤を使用すると、金属プレートの積層体であるヘッドユニット6に設けられた接着用穴51において、充填された接着剤が大面積で金属面と接触するため、接着用穴51内での硬化が促進されて作業時間の短縮及び製造効率の大幅向上に寄与できる。
Further, when a UV adhesive is used for the adhesive 58, the bonding time can be shortened. In particular, when a UV adhesive of a type whose curing is accelerated by contact with metal is used, the filled adhesive is a large area metal in the
1 ヘッドホルダ
3 搭載部
4 スリーブ
5 底板
6 (インクジェット)ヘッドユニット
10 キャビティユニット
11 ノズルプレート
11a ノズル
11b ノズル列
11c ノズル群
12 マニホールドプレート
13 スペーサプレート
14 ベースプレート
16 圧力室
17 貫通路
19a インク供給口
20 圧電アクチュエータ
29 フィルタ
30 表面電極
40 フレキシブルフラットケーブル
50 フレーム
51 接着用穴
52 空気逃がし通路
53 スリット
54 挿通孔
55 第2の流し込み孔
56 開口部
57 流し込み穴
58 接着剤
61 インクカートリッジ
62 用紙
63 (インクジェット)プリンタヘッド
64 キャリッジ
100 インクジェットプリンタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
そのヘッドユニットの背面側に位置する金属製のフレームと、
そのフレームの背面側を支持する合成樹脂製のヘッドホルダとを備え、
前記ヘッドユニットが、前記複数個のノズル及び各ノズルごとの圧力室を有する金属製のキャビティユニットと、そのキャビティユニットの背面側に設けられ複数枚の積層された圧電シートと、圧電シートを挟み複数の圧力室に対する共通電極と、前記各圧力室毎に対応する位置に形成された個別電極とを備えて、前記共通電極と個別電極とに電圧印加することにより圧電シートの積層方向の歪みにより前記各圧力室内のインクに吐出圧力を与えるアクチュエータとを備え、
前記フレームの剛性が、前記キャビティユニットの剛性よりも高く、
前記フレームと前記キャビティユニットとが線膨張係数が近い材料で構成され、前記キャビティユニットの背面側に沿って前記フレームが接着剤にて固定され、
前記フレームは、前記アクチュエータの幅よりも大きく、前記キャビティユニットの幅よりも小さい開口部を有し、
前記アクチュエータは、前記フレームと接触しないように前記フレームの開口部内において前記キャビティユニットに直接接着され、
前記ヘッドユニットが前記フレームを介して前記ヘッドホルダに固定されていることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 A head unit having a plurality of nozzles arranged in a row on the front surface and configured by laminating a plurality of plates;
A metal frame located on the back side of the head unit;
With a synthetic resin head holder that supports the back side of the frame,
The head unit includes a plurality of nozzles and a metal cavity unit having a pressure chamber for each nozzle, a plurality of stacked piezoelectric sheets provided on the back side of the cavity unit, and a plurality of sandwiched piezoelectric sheets. A common electrode for the pressure chambers and individual electrodes formed at positions corresponding to the pressure chambers, and applying voltage to the common electrode and the individual electrodes causes distortion in the stacking direction of the piezoelectric sheets. An actuator that applies discharge pressure to the ink in each pressure chamber,
The rigidity of the frame is higher than the rigidity of the cavity unit;
The frame and the cavity unit are made of a material having a close linear expansion coefficient, and the frame is fixed with an adhesive along the back side of the cavity unit,
The frame has an opening larger than the width of the actuator and smaller than the width of the cavity unit;
The actuator is directly bonded to the cavity unit in the opening of the frame so as not to contact the frame,
An ink jet printer head, wherein the head unit is fixed to the head holder via the frame.
そのキャビティユニットの背面側に設けられ前記圧力室内のインクに吐出圧力を与えるアクチュエータと、
前記キャビティユニットの背面側に位置する金属製のフレームと、
そのフレームの背面側を支持する合成樹脂製のヘッドホルダとを備え、
前記ヘッドユニットが、前記複数個のノズル及び各ノズルごとの圧力室を有する金属製のキャビティユニットと、そのキャビティユニットの背面側に設けられ複数枚の積層された圧電シートと、圧電シートを挟み複数の圧力室に対する共通電極と、前記各圧力室毎に対応する位置に形成された個別電極とを備えて、前記共通電極と個別電極とに電圧印加することにより圧電シートの積層方向の歪みにより前記各圧力室内のインクに吐出圧力を与えるアクチュエータとを備え、
前記フレームは、前記アクチュエータによる前記キャビティユニットの歪みを抑える剛性を有する材料で構成され、
前記キャビティユニットの背面側に沿って前記フレームが接着剤にて固定され、
前記フレームは、前記アクチュエータの幅よりも大きく、前記キャビティユニットの幅よりも小さい開口部を有し、
前記アクチュエータは、前記フレームと接触しないように前記フレームの開口部内において前記キャビティユニットに直接接着され、
前記キャビティユニットが前記フレームを介して前記ヘッドホルダに固定されていることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 A cavity unit having a plurality of nozzles arranged in a row on the front surface and a pressure chamber for each nozzle;
An actuator that is provided on the back side of the cavity unit and applies discharge pressure to the ink in the pressure chamber;
A metal frame located on the back side of the cavity unit;
With a synthetic resin head holder that supports the back side of the frame,
The head unit includes a plurality of nozzles and a metal cavity unit having a pressure chamber for each nozzle, a plurality of stacked piezoelectric sheets provided on the back side of the cavity unit, and a plurality of sandwiched piezoelectric sheets. A common electrode for the pressure chambers and individual electrodes formed at positions corresponding to the pressure chambers, and applying voltage to the common electrode and the individual electrodes causes distortion in the stacking direction of the piezoelectric sheets. An actuator that applies discharge pressure to the ink in each pressure chamber,
The frame is made of a material having rigidity to suppress distortion of the cavity unit by the actuator,
The frame is fixed with an adhesive along the back side of the cavity unit,
The frame has an opening larger than the width of the actuator and smaller than the width of the cavity unit;
The actuator is directly bonded to the cavity unit in the opening of the frame so as not to contact the frame,
An ink jet printer head, wherein the cavity unit is fixed to the head holder via the frame.
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