JPH02139241A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はインク滴を飛翔させ記録紙等の媒体上にインク
像を形成するプリンタ等インクジェット方式の記録装置
に関し、さらに詳細には相変化インクいわゆるホットメ
ルトインクを用いたインクジェットプリンタヘッドに関
する。

［従来の技術］ 従来のインクジェットヘッドの構成としては複数のノズ
ル開口を有するノズル板とこの背後にインクと直接接触
する圧電変換器を有する構造が知られている。（特公昭
６０−８９５３号公報）この構造では圧電変換器を構成
する振動子がノズル板と概ね直行する方向に変位するご
とく振動することと各ノズル間のインク流路が短い距離
で通じていることによりインク滴吐出効率および安定性
が高くインク中にガス、ゴミ等異物が混入した場合でも
この影響を受けず正常動作が可能であるという特徴を有
する。更に振動子はノズル板と微小な空隙を保って配さ
れた片持ち梁状または両支持端近傍を軟構造にした両持
ち梁状振動子が用いられている。また、櫛歯形状をした
片持ち梁状振動子としては、（特公昭６１−２８３５５
３号公報）（特公昭５８−１９１１７１号公報）１．（
特公昭５９−１５９３５９号公報）等が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術のインクジェットヘッドの構造では、イン
ク滴吐出安定化のために高精度に管理する必要のあるノ
ズル板と振動子との微小な空隙を管理することが困難で
あり、複数の高精度部品を必要とするため製造歩留りが
低い、高コストになるという問題点を有していた。また
、インクジェットヘッドが高温状態に置かれた場合には
、構成部材の持つ線膨張率の相違によりソリ、歪み等が
発生しインク滴吐出特性が安定化しない耐久性がないと
いう問題点を有していた。

本発明の目的はこれらの問題点を解決して、ノズル板と
振動子との微小な空隙が高精度に管理されたインク滴吐
出特性の安定した製造歩留りが高い低コストのインクジ
ェットヘッドを実現することにある。

また、本発明の別の目的はインクジェットヘッドが高温
下に置かれた場合、すなわちホットメルトインクを用い
た場合、線膨張率の相違に起因する影響からインクジェ
ットヘッドが著しく変形することなく、常温状態以上に
ノズル板と振動子との微小な空隙が高精度に管理された
インク滴吐出特性が安定したインクジェットヘッドを実
現することにある。

［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は記録媒体に対向するよ
う配設されかつ少なくとも１つ以上の熱源を備えた熱良
導材からなる筺体と、常温では固相状態にあるインクと
、該筺体に接合され複数のノズル開口を有するノズル形
成部材と、圧電素子と弾性部材との積層構造からなり、
可動部が該ノズル開口に対向して配置され、固定部が前
記弾性部材のみの一体構造であり、且つ前記ノズル形成
部材と接合された圧力発生手段とを備え、前記ノズル形
成部材に張力が作用するごとく前記筺体と前記ノズル形
成部材を接合したことを特徴とする。

［作用］ 本発明の上記構成では、インクジェットヘッド動作時に
おいてノズル形成部材に張力が作用することによりノズ
ル形成部材に存在したしわ等のうねりが解消され、また
、圧力発生手段を構成する弾性部材とノズル形成部材と
の線膨張率の差が微小なため環境温度変化に対して大き
な歪みが発生しないためノズル形成部材と振動子との微
小な空隙を高精度に設定可能となる。

［実施例］ 次に実施例に基づいて本発明を説明する。第１図は本発
明の一実施例を示すプリンタの斜視図である。同図にお
いて記録媒体である記録紙１０はプラテン１１に捲き回
され送りローラ軸１２によって押圧される。ガイド軸１
３．１４に案内されプラテン軸に平行な方向に移動可能
なキャリッジ１５上にインクジェットヘッド（以下ヘッ
ドと記す）１６が搭載されて構成される。

ヘッドは内部でインクを液化し液体状態に保持するため
熱源であるヒータ（図示せず）によって高温に保持され
る。ヘッド１６は独立にインク滴を吐出制御可能な所要
の複数のノズルを有しプラテン軸方向に走査され上記ノ
ズルから選択的にインク滴を吐出し記録紙１０上にイン
ク像を形成する。記録紙１０はプラテン１１の回転によ
り走査方向と直行する副走査方向に搬送され記録紙面上
への印字が行われる。装置内にはヘッド走査開始位置の
側にインク供給装置１８が設けられ固体インク（図示せ
ず）を収納するインク容器１９が装着される。

第２図（ａ）は本発明の一実施例を示すヘッドの断面図
である。口型状の開口部３５を持つ筺体２０はアルミニ
ウム、ステンレス鋼等の熱良導性の金属材料からなり、
プラテン１１に捲き回された記録媒体である記録紙１０
上に一側面の開口部３５を対向させるごとく設置されて
いる。開口部３５の背面には、所要の数のノズル開口２
２がプラテン軸方向に列設されニッケルよりなるノズル
形成部材であるノズルプレート２１が接合されている。

ここで、第２図（ｂ）は前記接合をより詳細に説明する
ために筺体２０とノズルプレート２１のみをＡ矢視方向
から現わした斜視図である。ノズルプレート２１はエポ
キシ樹脂等の接着剤、半田付け、レーザースポット溶接
等の溶接、ネジ止め等による締結等の手段により端部を
筺体２０と接合される。接合箇所としてはア部とイ部ま
たはつ部と工部を接合してノズルプレート２１を両持チ
梁構造とする方法、およびア部、イ部、つ部、工部の四
方を固定また完全固定方法が採用可能である。各固定方
法における動作については後述する。

再び第２図（ａ）に戻り実施例の構成について説明する
。圧力発生手段である複数の振動子２４はノズル開口２
２に対向させて列設されており、ノズルプレート２１の
片面にスペーサ２３と振動子２４の固定端部が接合され
、電気配線２５が施されている。

ここで、第２図（Ｃ）は振動子２４とノズルプレート２
１のより詳細な構成を示すための図であり、簡単のため
に振動子２４とノズルプレート２１とスペーサ２３のみ
を取り出して示した斜視図である。振動子２４は、圧電
素子であるＰＺＴ４１とニッケルやステンレス鋼等の箔
部材４２との積層で構成されておりバイメタルの如き可
撓性を持ち、一端をノズルプレート２１にスペーサ２３
と共に接合固定された固定端とし、他端を自由端とする
片持ち梁構造をとる。また、本実施例は複数の振動子２
４をノズル開口２２に対向させて列設させる構成であり
、固定端部のみを共通化した櫛歯状振動子構造を採用し
ている。但し、共通化しているのは箔部材４２のみであ
りＰＺＴ４１は分断されている。この場合、部品点数の
低減、部品間の形状精度ばらつきの低減等の効果がある
のみならず、隣り合う振動子の動的影響を軽減すること
が可能でありインク滴吐出特性のバラツキの少ないヘッ
ドが得られるという効果を有する。前記櫛歯状振動子の
製造方法としてはグイシングツ−あるいはエツチング等
による方法がとられる。

振動子２４の自由端はノズルプレート２１に形成された
ノズル開口２２と相対して設置されており、特にノズル
プレート２１と振動子２４による微小な間隙はスペーサ
２３およびノズルプレート２１の平坦性により高精度に
管理されている。ところで、本実施例では圧力発生手段
として片持ち梁状の振動子２４を示したが、本発明は片
持ち梁に限定するものではなく、両持ち梁状の振動子で
も実現可能である。また、ノズルブレー）２１と振動子
２４による微小な間隙を管理する手段としてスペーサ２
３の代りとして振動子２４とノズルプレート２１を接合
する接着剤の厚み管理による方法も実施可能である。

再び第２図（ａ）に戻り実施例の構成について説明する
。筺体２０とノズルプレート２１と板状部材２９．３０
．３１を２ｍｍ以下の所要の狭隙りを介して対向させる
如く配置したことによってインク保持手段は構成されて
おり、狭隙りの一部に圧力発生手段である振動子２４を
包含している。

また、板状部材２９．３０．３１により形成される狭隙
りは、図示しない間隙規制部材によって略平行に管理さ
れていると同時に、筺体２０下部と接触する板状部材２
９．３０．３１下部には隣接する狭隙りにインク３２を
導くための切欠きを形成する。この狭隙りは、たとえヘ
ッドが如何なる時に如何なる態勢に置かれたとしても液
化したインク３２が漏洩することのない様に設計されて
いる。

また、インク保持手段内部には、インクレベル検出装置
３４が設けられており、レベルＬがある設定値以下に達
してこのインクレベル検出装置３４により検出されると
、容器状の筺体２０の上部に添設された適宜に開閉可能
なフタ２８を開いて、図示しない固体インクの収納槽か
ら、インク塊が固体インク受は部３３に供給されるよう
に構成されている。ここで、供給される固体インク体積
は、仮に全部溶融液化してもレベルＬがノズル開口２２
軸線を超えることのない程度の体積を持ち、固体インク
受は部３３に供給された時に直接板状部材２９．３０．
３１の上部に接触するごとく構成されている。

熱源であるヒータ２７は圧力発生手段の背面の筺体２０
上に設置されている。第２図では、ヒータ２７を一箇所
のみ記載したが、本発明はヒータ２７の個数および設置
場所を限定するものではなく、熱効率を考慮して複数個
を適宜な場所に設定することが可能である。また、板状
部材２９．３０．３１と図示しない間隙規制部材は熱的
に筺体２０と連結しており、ヒータ２７より発生した熱
エネルギーは速やかに熱伝導しインク３２の加熱および
温度維持に使用される。

次に動作について説明する。動作開始時はヒータ２７を
駆動しヘッドを加熱する。ヘッドはヒータ２７近傍から
加熱され圧力発生手段近傍に存在する少量のインク３２
から順次溶融液化する。印字動作開始に必要な溶融イン
ク量が確保される所定時間後にヘッドは印字動作にはい
る。特に、本発明によるところのヘッド構造では、イン
ク３２単位体積当たりに接触している板状部材２９．３
０１３１および筺体２０の面積が広いために印字動作に
入るまでの前記所定時間が短いという特徴を有する。

インク滴吐出動作について説明する。振動子２４に選択
的電気信号を印加すると圧電効果によりＰＺＴ４１が収
縮し、一方間性の高い箔部材４２は寸法変化が規制され
、その結果振動子２４はノズルプレート２１側に変形変
位し、振動子２４とノズルプレート２１の微小な間隙に
圧力が発生する。この圧力によりインク滴吐出が行われ
る。

ノズルプレート２１に張力を発生させる第１の手段とし
て、ノズルプレート２１と筺体２０との接合温度をヘッ
ド動作温度よりも低く設定する手段がある。すなわち、
ノズルプレート２１を構成するニッケルの線膨張率が約
１３．３Ｘ１０−’であるのに対して、筺体２０を構成
するアルミニウムの線膨張率が約２３．９Ｘ１０−’　
　ステンレス鋼の線膨張率が約１７．ｌＸ１０”−’で
あり、ノズルプレート２１の線膨張係数よりも筺体２０
の線膨張係数の方が高いため、動作温度よりも低温下で
接合されたノズルプレート２１と筺体２０は動作温度下
において、筺体２０は伸びようとし、ノズルプレート２
１は筺体２０の変形を押えようとするため、ノズルプレ
ート２１には引張応力すなわち張力が作用する。

ノズルプレート２１に張力を発生させる第２の手段とし
て、ノズルプレート２１に張力を与えた状態で接合する
手段がある。すなわち、接合時張力が加えられているた
めに、接合後ノズルプレート２１内に残留応力として引
張応力が残り張力が作用する。

以上の手段によりノズルプレー）２１に張力が作用し、
その結果ノズルプレート２１が部品単体時に持っていた
うねり、そり等の歪みを前記張力が吸収し極めて平坦性
の良好な状態となる。また前記平坦性は接合対象物であ
る筺体２０の接合面精度に大きく依存しており、前記面
精度は高精度に管理される必要がある。また、ノズルプ
レート２１と筺体２０との接合位置の相違は、動作時の
ノズルプレート２１の撓みや剛性に依存する重要な要因
である。すなわち、第２図（ｂ）でア部とイ部またはつ
部と工部を接合してノズルプレート２１を両持ち梁構造
とした方法では、ノズルプレート２１と振動子２４を接
合したの固定端をゴム弾性またはバネ弾性で押圧した場
合、ス／ｆンの長い両持ち梁に集中荷重を作用させた如
く大きな曲率を描いて変形し、且つ従来張力が作用して
いたノズルプレート２１に荷重を作用させたため、より
一層張力が高まり、すなわち、剛性が向上し、前記変形
に対してスペーサ２３や振動子２４も追従して変形する
ためノズルプレート２１と振動子２４間の微小な空隙を
高精度に管理することが可能となる。一方、第２図（ｂ
）でア部、イ部、つ部、二部の四方を固定した完全固定
方法では、外力に対するノズルプレート２１の剛性が極
めて高いために、ノズルプレート２１、振動子２４、ス
ペーサ２３を接着剤等により接合する方法に適している
。

また、ノズルプレート２１と筺体２０の間に力が作用し
ているために、２部材間にバイメタル効果に基づく曲げ
モーメントが作用し、筺体２０に少なからず変形を及ぼ
す可能性がある。したがって、筺体２０はノズルプレー
ト２１と比較して１０倍以上の曲げ剛性を持つ必要があ
る。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明の上記構成によれば、ヘッド動
作温度が６０°Ｃ以上であることからノズルプレートと
筺体との接合を常温下で行うだけで、動作時ノズルプレ
ートに張力を作用可能であり、簡単に安価に高精度なヘ
ッドが得られるという効果を有する。また、振動子固定
方法として、ノズルプレート、振動子、スペーサを接合
し、なおかつ振動子が固定端部においてＰＺＴのみを分
断した構造をしており、箔部材がノズルプレートと近い
線膨張率を持つために、温度変化に対する圧力発生手段
およびその近傍の熱歪みを押えることが可能であるため
、ノズルプレートと振動子の微小な間隙を高精度に管理
されたインク滴吐出特性の安定したなおかつ製造歩留り
の高い、低コストのインクジェットヘッドが実現できる
という効果を有する。また、ノズルプレートに張力を与
えることによりノズルプレートの剛性を向上させること
が可能となり、振動子の持つ振動モードとノズルプレー
トとの共振を防止できるのみならず、隣り合う振動子へ
の影響および振動子駆動に伴うノズルプレートの大変形
を防止できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示すインクジェットプ
リンタの斜視図。 第２図（ａ）は本発明の一実施例を示すインクジェット
ヘッドの断面図。 第２図（ｂ）は本発明の一実施例を示すインクジェット
ヘッドの斜視図。 第２図（Ｃ）も本発明の一実施例を示すインクジェット
ヘッドの斜視図。 １６　　　インクジェットヘッド １８　　　インク供給装置 ２０　　　筺体 ２９、 ノズルプレート ノズル開口 振動子 ヒータ ３０．３１　　板状部材 インクレベル検出装置 以上 出願人　　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部　他１名 第２図　（ａ） 第２図 ２２　ノ　スーＪｌ／ルｈ口 第２図 ２Ｉノズルデ仁−ト ２３スぐ−サ ２４橡動チ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 記録媒体に対向するよう配設されかつ少なくとも１つ以
   上の熱源を備えた熱良導材からなる筺体と、 常温では固相状態にあるインクと、 該筺体に接合され複数のノズル開口を有するノズル形成
   部材と、 圧電素子と弾性部材との積層構造からなり、可動部が該
   ノズル開口に対向して配置され、固定部が前記弾性部材
   のみの一体構造であり、且つ前記ノズル形成部材と接合
   された圧力発生手段とを備え、前記ノズル形成部材に張
   力が作用するごとく前記筺体と前記ノズル形成部材を接
   合したことを特徴とするインクジェットヘッド。