JPH07241987A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクとメインフレームとを接触させること
なくインク基板にインクを供給すると共に、インクのシ
ールを容易に行うことのできるインクジェットプリント
ヘッドを提供することを目的とする。 【構成】 ヘッド基板１２より小形の振動板２６を前記
ヘッド基板１２に形成されたインク流路２４の始端部２
４ａのみが露出するようにヘッド基板１２上に載置し
て、インク供給口２５を形成し、インクタンクと連通し
たインク供給管３２を前記インク供給口２５に直接接続
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタ、ファクシミ
リ、プロッタ等に用いられるインクジェットプリントヘ
ッドの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ヘッドを記録媒体に接触させ
ることなく、インクをノズル孔から射出して記録媒体に
付着させて印刷を行うインクジェットプリントヘッドが
知られている。このインクジェットプリントヘッドのう
ち、電圧印加によって振動する圧電素子を利用して、イ
ンクを一時的に貯蔵している圧力室の容積を変化させて
インクの吸入及び射出を行うタイプのものがある。

【０００３】例えば、図５に示すインクジェットプリン
トヘッドのヘッド基板５０はガラス材等で形成され、一
端（ヘッド基板５０の中央側）に紙面裏側方向に開口し
たインク射出用のノズル孔を有し、他端（ヘッド基板５
０の外周側）に共通のインク流路５２に連通したインク
導入孔を有する複数の圧力室５４（図３では４８個）が
エッチング等によって形成されている。このインクジェ
ットプリントヘッドでは小型化を行うために圧力室５４
を１８０°以上の放射状に配列している。そして、ヘッ
ド基板５０の圧力室５４形成面上に振動板５６（図６参
照）が接合され、更に各圧力室５４に対応する振動板５
６上には、不図示の複数の圧電素子が配置されている。
各圧電素子は電圧印加に応じて独立に振動し、振動板５
６の対応部分を局部的に振動させ、その振動が圧力室５
４に伝達され、圧力室５４の容積を変化させる。そし
て、この容積変化によってノズル孔から所望量のインク
が射出され、記録媒体に印刷が行われる。

【０００４】上述したように、振動板５６や圧電素子を
載置したヘッド基板５０は図６に示すように、主とし
て、樹脂製やアルミニウム等の金属製のメインフレーム
５８に設けられた基板嵌込み用の凹部５８ａに嵌め込ま
れ、接着剤等で固定されている。前記凹部５８ａの一部
（図６中右下）には、不図示のインクタンクからインク
を供給するためのインク供給管が接続されるインク供給
開口５８ｂとインクを一時的に溜めるインク溜め５８ｃ
が形成されている。そして、ヘッド基板５０にインクを
供給する場合、インクはインクタンクに接続されたイン
ク供給管によって図６中矢印Ａ方向から供給され、イン
ク溜め５８ｃに一時的に溜められる。インク溜め５８ｃ
に溜められたインクはヘッド基板５０の圧電素子の吸入
動作や毛細管現象等によってインク供給口５２ａからイ
ンク流路５２（図５参照）に導かれる。そして、インク
は各インク導入孔、圧力室５４を経てノズル孔から射出
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のインク
ジェットプリントヘッドのヘッド基板に設けられたイン
ク供給口は、該ヘッド基板の側面に設けられたいるため
インク供給口とインクタンクから延びたインク供給管と
を直接接続することが困難であり、上述したようにイン
ク溜め等を設ける必要があった。そのため、インクとメ
インフレームとが直接接触して、メインフレームの材質
によってはインクによって腐食され、インクに溶け出し
たメインフレームの構成物質等がインクと共にヘッド基
板内に流れ込み、ノズル詰まりの原因になったり、イン
クを変色や変質させてインク品質を低下させるという問
題があった。

【０００６】また、インク溜め部分のシール性を維持す
ることが困難であり、インク漏れが発生しやすいという
問題があった。

【０００７】本発明は上記従来の問題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、インクとメインフレームとを接
触させることなくインク基板にインクを供給すると共
に、インクのシールを容易に行うことのできるインクジ
ェットプリントヘッドを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本出願の第１の発明のインクジェットプリントヘッ
ドは、一端にインク射出用のノズルを有し他端にインク
導入孔を有する複数の圧力室と各インク導入孔に連通し
たインク流路とを有するメインフレームに保持されたヘ
ッド基板と、前記ヘッド基板上で振動して各圧力室の容
積を変化させてインクの吸入及び射出を行う振動板と、
前記ヘッド基板上の各圧力室に対応した位置に配置され
振動板の所定の位置を振動させる圧電素子と、を含み、
ヘッド基板より小形の振動板によって前記インク流路の
始端部のみを露出してインク供給口を形成すると共に、
インク流路の始端部にインクタンクと連通したインク供
給管を接続したことを特徴とする。

【０００９】また、本出願の第２の発明のインクジェッ
トプリントヘッドは、第１の発明に記載のインクジェッ
トプリントヘッドにおいて、インク流路の始端部とイン
ク供給管の接続部に弾性部材を配置したことを特徴とす
る。

【００１０】また、本出願の第３の発明のインクジェッ
トプリントヘッドは、第１の発明または第２の発明に記
載のインクジェットプリントヘッドにおいて、ヘッド基
板と振動板との接合段差部分に硬化性樹脂を塗布して傾
斜部を形成することを特徴とする。

【００１１】さらに、本出願の第４の発明のインクジェ
ットプリントヘッドは、第３の発明のインクジェットプ
リントヘッドにおいて、インク供給口の周囲に硬化性樹
脂を塗布してインク供給管密着部を形成することを特徴
とする。

【００１２】

【作用】上記第１の発明の構成によれば、ヘッド基板よ
り小形の振動板を前記ヘッド基板に形成されたインク流
路の始端部のみが露出するようにヘッド基板上に載置し
て、インク供給口を形成し、インクタンクと連通したイ
ンク供給管を前記インク供給口に直接接続しているの
で、インクがメインフレームと接触することなくメイン
フレームを腐食することがない。さらに、インクのシー
ルも容易に行うことができる。

【００１３】また、上記第２の発明の構成によれば、イ
ンク流路の始端部とインク供給管の接続部に弾性部材を
配置しているので、接続部のシールを良好に行うことが
できる。

【００１４】また、上記第３の発明の構成によれば、ヘ
ッド基板と振動板との接合段差部分に硬化性樹脂を塗布
して傾斜部を形成しているので、インク供給管の接続部
分の密着性を向上できる。

【００１５】さらに、上記第４の発明の構成によれば、
インク供給口の周囲に硬化性樹脂を塗布してインク供給
管密着部を形成しているので、インク供給管の接続部分
の密着性を向上できる。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図を用いて説明する。本
実施例ではシリアルタイプのインクジェットプリントヘ
ッドを例にとって説明する。

【００１７】図１は、本発明のインクジェットプリント
ヘッド１０の分解斜視図である。

【００１８】インクジェットプリントヘッド１０は、例
えば、振動板や圧電素子を載置したヘッド基板１２と、
樹脂アルミニウム等の金属で形成されるメインフレーム
１４と、ヘッド基板１２上の圧電素子に駆動電圧を印加
するフレキシブルケーブル１６と、圧電素子駆動時の共
振を防止する弾性部材１８と、メインフレーム１４と共
にフレキシブルケーブル１６や弾性部材１８等を挟持す
るサブフレーム２０と、インクをヘッド基板１２に供給
するインクタンク２２等から構成されている。

【００１９】本実施例の特徴的事項は、ヘッド基板より
小形の振動板を前記ヘッド基板に形成されたインク流路
の始端部のみが露出するようにヘッド基板上に載置し
て、インク供給口を形成し、インクタンクと連通したイ
ンク供給管を前記インク供給口に直接接続しているとこ
ろである。

【００２０】メインフレーム１４に固定されるヘッド基
板１２は、例えば、ガラス材等で形成され、その一面側
（図１においては裏面側）には、一端にインク射出用の
ノズル孔（ノズル孔はヘッド基板１２の表面側に貫通し
ている）を有し、他端にインク導入孔を有する複数の圧
力室がエッチング等によって形成されている。また、圧
力室の外周部には複数の前記インク導入孔が連通した共
通のインク流路が形成されている（図５参照）。

【００２１】本実施例においては、図２に破線で示すよ
うに、インク流路２４の始端部２４ａがヘッド基板１２
の中程に位置し、インク流路２４の内周側には図示しな
いインク導入孔を介して連通した複数の圧力室が形成さ
れている。また、ヘッド基板１２の上面には該ヘッド基
板１２とより小形の振動板２６が載置されている。つま
り、厚さ５０μｍ程度のガラス材等で形成される振動板
２６は、ヘッド基板１２に形成されたインク流路２４の
始端部２４ａのみを露出するように配置されている。こ
の露出した始端部２４ａが図示しないインクタンクと連
通したインク供給管３２を介して供給されるインクをイ
ンク流路２４に供給するインク供給口２５になる。

【００２２】従って、振動板２６やヘッド基板１２に特
別な加工を施すことなくインク供給口２５を形成するこ
とができる。

【００２３】インク供給口２５部分にはヘッド基板１２
と振動板２６との間で振動板２６の厚み分の接合段差が
形成されるが、インク供給管３２を弾性を有するシール
ラバー３０を介して配置することによって、良好にシー
ルが行われインク漏れを防ぐことができる。つまり、前
記インク供給管３２とシールラバー３０とをメインフレ
ーム１４とサブフレーム２０（図１参照）とによって挟
持し、その挟持力によって、インク供給管３２をシール
ラバー３０を介してインク供給口２５に押圧する。そし
て、シールラバー３０を密着させて、インク漏れを防
ぐ。また、図３に示すように、前記接合段差部分、すな
わちインク供給口２５の両側にインクの腐食を受けない
硬化性樹脂２７（例えば、シリコン系接着剤）を塗布し
て、傾斜部を形成することによって、さらに、シールラ
バー３０の密着性を向上することが可能であり、インク
漏れを防ぐことができる。

【００２４】そして、前記振動板２６の上面に載置され
た複数の圧電素子２８（圧電素子２８はヘッド基板１２
に形成されている複数の圧力室に対応した位置に載置さ
れている）の内、所望の圧電素子２８を振動させること
によって、振動した直下の振動板２６を局部的に振動さ
せることができる。そして、振動板２６の振動は対応す
る圧力室の容積を変化させてインクの吸入及び射出を行
う。

【００２５】また、インク供給管３２の一端はインクタ
ンク２２に接続され、その接続部には、圧力室内等に異
物が混入することを防止するフィルタ３４が配置されて
いる。

【００２６】従って、インクタンク２２内のインクをイ
ンク供給口２５に直接接続したインク供給管３２によっ
て供給することができる。つまり、インクがメインフレ
ーム１４に接触しないので、メインフレーム１４の腐食
やインクの劣化を確実に防止することができる。また、
前記シールラバー３０を介してインク供給管３２をイン
ク供給口２５に押圧固定することによってインクのシー
ル性を向上し、容易にインク漏れを防止することができ
る。

【００２７】上述したようなヘッド基板１２を有するイ
ンクジェットプリントヘッド１０の構成を図１及び図２
を用いて、さらに詳細に説明する。

【００２８】振動板２６や圧電素子２８等を載置したヘ
ッド基板１２は、樹脂アルミニウム等で形成され中央部
に略楕円形状の開口部１４ａを有するメインフレーム１
４にＵＶ系接着剤や嫌気性接着剤等によって接着固定さ
れる。つまり、図１に示すようにメインフレーム１４の
前面側にはヘッド基板１２を収納する凹部１４ｂが形成
され、凹部１４ｂのほぼ中央部には開口部１４ａが形成
されている。従って、ヘッド基板１２を凹部１４ｂに固
定すると、ヘッド基板１２上の圧電素子が開口部１４ａ
によってメインフレーム１４の背面側に露出することに
なる。このように、メインフレーム１４にヘッド基板１
２を接着することによって、後述するフレキシブルケー
ブル１６の収納空間を形成すると共に、ヘッド基板１２
がインク射出動作を行う際に発生する振動を防止するこ
とができる。なお、ヘッド基板１２の表面側には、該ヘ
ッド基板１２のノズル孔から射出されるインクの射出圧
力を向上させるために、各ノズル孔に対応した、更に直
径の小さなノズル孔を有するノズルプレート３６を設け
てもよい。

【００２９】また、メインフレーム１４の開口部１４ａ
には、前記ヘッド基板１２上の各圧電素子に駆動電圧を
印加する電極が形成されたフレキシブルケーブル１６が
裏面側より収納配置される。このフレキシブルケーブル
１６は、前記開口部１４ａと同一形状、すなわち略楕円
形状を呈しているので、開口部１４ａに対して常に同じ
位置に配置することができる。従って、メインフレーム
１４に固定されたヘッド基板１２上の複数の圧電素子と
フレキシブルケーブル１６上の複数の電極とが常に１対
１に対応するような正確な配置を容易に行うことができ
る。また、振動板２６の圧電素子２８の載置面にはＩＴ
Ｏ等の導電体をコーティングして導電膜が形成され、Ｃ
ＯＭ電極を形成している。従って、フレキシブルケーブ
ル１６の中心部にＣＯＭ電極用の電極１６ａを設け、そ
の外周部に圧電素子２８に対応した電極１６ｂを設ける
ことによって、圧電素子２８を駆動する電圧を容易に印
加することができる。

【００３０】一方、メインフレーム１４の後方には樹脂
やアルミニウム等の金属で形成されたサブフレーム２０
が配置される。このサブフレーム２０のほぼ中央部には
前記メインフレーム１４の開口部１４ａに嵌合可能な凸
部２０ａ（開口部１４ａの形状に対応した略楕円形状）
が形成されている。そして、凸部２０ａは内周部に弾性
部材１８を嵌合収納している。この弾性部材１８は、例
えばゴム材等で形成されたドーナツ形状を呈していて、
凸部２０ａに嵌合収納された際に、該凸部２０ａから僅
かに突出する厚みを有することが望ましい。

【００３１】このように構成されるサブフレーム２０を
メインフレーム１４に組み付ける際には、メインフレー
ム１４の開口部１４ａとサブフレーム２０の凸部２０ａ
が嵌合可能な同一形状の略楕円形状を呈しているので、
両者の位置合わせを容易に行うことが可能になると共
に、凸部２０ａから僅かに突出した弾性部材１８によっ
て、メインフレーム１４の所定の位置に収納配置されて
いるフレキシブルケーブル１６をメインフレーム１４に
固定されたヘッド基板１２上の圧電素子に均一な力で押
し付け、フレキシブルケーブル１６上の電極とヘッド基
板１２上の圧電素子との安定した接触を得ることができ
る。また、圧電素子の駆動時に発生する共振を良好に防
止することができる。

【００３２】メインフレーム１４とサブフレーム２０と
の間にはフレキシブルケーブル１６、弾性部材１８の他
に、前述したようにメインフレーム１４の一部に形成さ
れたインク供給開口１４ｃを介して、インク供給口２５
より各圧力室にインクを供給するインク供給管３２やイ
ンク漏れ及びインクとメインフレーム１４の樹脂部分や
金属部分との接触を防止するシールラバー３０、圧力室
内等に異物が混入することを防止するフィルタ３４等を
挟み込むんでいる。そして、メインフレーム１４とサブ
フレーム２０とはビスや接着剤等によって固定され、独
立したヘッドユニット１００を形成する。

【００３３】また、前記サブフレーム２０の一部にはイ
ンク供給管３２用の開口２０ｂが形成され、インク供給
管３２の一端を挿通している。

【００３４】一方、サブフレーム２０の背面に配置され
るインクタンク２２は内部にインクを収納し、インク流
出口２２ａから所定量のインクを所定圧力で流出させ
る。また、インクタンク２２上にはインク補充孔２２ｂ
が形成され、インクの非補充時にはＯリング４０を介し
てキャップ４２が装着されている。

【００３５】そして、ヘッドユニット１００のサブフレ
ーム２０の裏面から突出したインク供給管３２の一端は
インクタンク２０のインク流出口２２ａにＯリング４４
を介して嵌合され、ヘッドユニット１００とインクタン
ク２２はビス４６等によって固定される。

【００３６】従って、ヘッドユニット１００とインクタ
ンク２２とは一体品とされると共に、分離自在となり、
どちらか一方が破損したり故障したりした際にも容易に
交換することができる。

【００３７】また、メインフレーム１４の開口部１４
ａ、フレキシブルケーブル１６、弾性部材１８、サブフ
レーム２０の凸部２０ａ等はそれぞれ嵌合可能な略楕円
形状を呈しているので容易に正確な位置決めを行うこと
が可能であり、例えば、パーツフィーダ等を利用した自
動組み立て工程を容易に構築することができる。

【００３８】本実施例においては、硬化性樹脂２７をイ
ンク供給口２５の両側に塗布した例を示したが、図４に
示すように、硬化性樹脂２７をインク供給口２５の周囲
を囲むように土手状に塗布することによって、シールラ
バー３０を介さないで直接インク供給管３２を接続して
もインク供給口２５とインク供給管３２との接続を良好
に行うことができる。この場合、硬化性樹脂２７はシー
ルラバー３０と同等以上の弾性を有することが望まし
い。

【００３９】さらに、図２において、フィルタ３４はイ
ンクタンク接続側に熱融着等の手段によって固定する
が、硬化性樹脂２７を塗布する時に同時に接着してもよ
い。この場合、インクジェットプリントヘッド１０を組
み立てる時に実質的にシールラバー３０とフィルタ３４
が削除できるため、例えば、インクタンクにインク供給
管状の突起部を設けて、その突起部を直接ヘッド基板１
２に接続することも可能であり、部品点数の削減及び組
み立て工数の削減を行うことができる。

【００４０】本実施例においては、ヘッド基板の圧力室
及び圧電素子が放射状の略楕円形状に配置されたインク
ジェットプリントヘッドについて説明したが、その配置
はこれに限定されることなく円形状やライン状に配列さ
れたものでもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本出願の第１の発
明によれば、ヘッド基板より小形の振動板を前記ヘッド
基板に形成されたインク流路の始端部のみが露出するよ
うにヘッド基板上に載置して、インク供給口を形成し、
インクタンクと連通したインク供給管を前記インク供給
口に直接接続しているので、インクとメインフレームと
を非接触にすることが可能になる。

【００４２】従って、メインフレームを腐食したり、イ
ンク内にメインフレームの構成物が溶け出したり、イン
クが変色や変質を起こす等のメインフレームの腐食によ
る問題を解消することができる。

【００４３】さらに、振動板やヘッド基板に特別な加工
を加えることなくインク供給口を形成することができる
ので、インクジェットプリントヘッドのコストを低減す
ることができる。

【００４４】また、本出願の第２の発明によれば、イン
ク流路の始端部とインク供給管の接続部に弾性部材を配
置しているので、接続部のシールを良好に行うことがで
きる。 また、本出願の第３の発明によれば、ヘッド基
板と振動板との接合段差部分に硬化性樹脂を塗布して傾
斜部を形成しているので、インク供給管の接続部分の密
着性を向上できるので、接続部のシールを良好に行うこ
とができる。

【００４５】さらに、本出願の第４の発明によれば、イ
ンク供給口の周囲に硬化性樹脂を塗布してインク供給管
密着部を形成しているので、インク供給管の接続部分の
密着性を向上できるので、接続部のシールを良好に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットプリントヘッドの
分解斜視図である。

【図２】本発明に係るインクジェットプリントヘッドの
振動板の形状を説明する説明図である。

【図３】本発明に係るインクジェットプリントヘッドの
インク供給口部分のシール手段を説明する説明図であ
る。

【図４】本発明に係るインクジェットプリントヘッドの
インク供給口部分のシール手段を説明する他の説明図で
ある。

【図５】インクジェットプリントヘッドの圧力室の配置
例を示す説明図である。

【図６】従来のインクジェットプリントヘッドのヘッド
基板にインクを供給する供給形態を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ インクジェットプリントヘッド １２ ヘッド基板 １４ メインフレーム １４ａ 開口部 １６ フレキシブルケーブル １８ 弾性部材 ２０ サブフレーム ２２ インクタンク ２４ インク流路 ２４ａ 始端部 ２５ インク供給口 ２６ 振動板 ２７ 硬化性樹脂 ３０ シールラバー ３２ インク供給管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端にインク射出用のノズルを有し他端
   にインク導入孔を有する複数の圧力室と各インク導入孔
   に連通したインク流路とを有するメインフレームに保持
   されたヘッド基板と、 前記ヘッド基板上で振動して各圧力室の容積を変化させ
   てインクの吸入及び射出を行う振動板と、 前記ヘッド基板上の各圧力室に対応した位置に配置され
   振動板の所定の位置を振動させる圧電素子と、 を含み、 ヘッド基板より小形の振動板によって前記インク流路の
   始端部のみを露出してインク供給口を形成すると共に、
   インク流路の始端部にインクタンクと連通したインク供
   給管を接続したことを特徴とするインクジェットプリン
   トヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェットプリント
   ヘッドにおいて、 インク流路の始端部とインク供給管の接続部に弾性部材
   を配置したことを特徴とするインクジェットプリントヘ
   ッド。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のインクジ
   ェットプリントヘッドにおいて、 ヘッド基板と振動板との接合段差部分に硬化性樹脂を塗
   布して傾斜部を形成することを特徴とするインクジェッ
   トプリントヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３のインクジェットプリントヘッ
   ドにおいて、 インク供給口の始端部の周囲に硬化性樹脂を塗布してイ
   ンク供給管密着部を形成することを特徴とするインクジ
   ェットプリントヘッド。