JPH0885204A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加圧板と壁部材の間に挿入する弾性部材をフ
ィルムで形成したインクジェットヘッドに関し、噴射さ
れるインク粒子の飛翔速度及び噴射量を均一にして印字
品質を確保することができるインクジェットヘッドを提
供する。 【構成】 インク６の粒子を噴射するノズル孔９を有す
るノズル板12と、インク６を押し出す加圧板18と、ノズ
ル板12及び加圧板18を接続する壁部材14と、ノズル板1
2、加圧板18及び壁部材14で形成される圧力室13と、壁
部材14及び加圧板18の間に挿入され、弾性を有する材料
のフィルムを圧力室13に対応する部分をくり抜いて形成
した弾性部材17と、加圧板18を駆動する圧電素子８とを
備え、圧電素子８によって加圧板18を駆動させて、圧力
室13内のインク６をノズル孔９から噴射する構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タのインクジェットヘッドに係り、特に加圧板と壁部材
の間に挿入する弾性部材をフィルムで形成したインクジ
ェットヘッドに関するものである。

【０００２】近来、印字媒体にインクの微小粒子を直接
吹きつけて記録するインクジェットプリンタが、印字媒
体に対する制限がなく、且つ高速印字ができて、低騒音
であり、カラー化が容易であることから急速に普及しつ
つある。

【０００３】このインクジェットプリンタのインクジェ
ットヘッドは、例えば、ノズルを有するノズル板、壁部
材及び加圧板で圧力室を形成し、インクを満たした圧力
室に加圧板を介して圧電素子の電気歪みによる変位によ
って圧力を与えてノズルからインクを噴射してドット印
字を形成するものである。

【０００４】インクジェットヘッドはノズル板と壁部材
と加圧板で圧力室を構成しているが、壁部材と加圧板の
間に弾性部材を挟んでおり、この弾性部材を形成するに
は、液体状のシリコーンゴム等を壁部材の端面に印刷し
て、加圧板を位置決めして当接して硬化させる方法が行
われている。

【０００５】しかし、この方法では、圧力室内に弾性部
材が流れ込んで、圧力室の形状が変化し、且つ、弾性部
材の厚さを均一にするのが困難で、加圧板の変位量にバ
ラツキが生じる原因となり、印字品質の低下を招いてい
る。そこで、これを解決できる方法が望まれている。

【０００６】

【従来の技術】図７にインクジェットプリンタの概要を
示す。図に示すように、インクジェットヘッド(以下印
字ヘッドという)１を搭載したキャリア２にガイドシャ
フト３が嵌合し、又キャリア２に送りねじ４が螺合し、
送りねじ４は図示省略したモータに連結されている。キ
ャリア２はプラテン５の前面に配置され、モータの正逆
回転により送りねじ４によってプラテン５に平行に矢印
Ａ，Ｂ方向に移動する。

【０００７】印字ヘッド１は、ヘッド部10及び加圧回路
部11から成り、ヘッド部10は、プラテン５に所定の間隙
を介して対向し、先端に後述する複数のノズル孔を備え
ている。加圧回路部11は、印字データに基づいて選択的
に駆動信号をヘッド部10に送信する回路で、図示してい
ないフレキシブルケーブルにより制御部に接続されてい
る。

【０００８】従って、キャリア２が移動しながら、印字
ヘッド１はノズルからインク6aを噴射して印字用紙７に
マトリックスドットによって印字を形成する。印字用紙
７は図示していない移動機構の駆動及びプラテン５の回
転によって矢印Ｃ方向に行送りされる。

【０００９】次に図８及び図９によりヘッド部10を説明
する。図８及び図９に示すように、ヘッド部10は、圧電
素子8₁,8₂,…、ノズル孔9₁,9 ₂,…、（例えば、孔径30〜
50μｍ) が夫々設けられたノズル板12_1,12₂,…、圧力室
13₁,13₂,…、壁部材14₁,14₂,…、振動板15₁,15₂,…及び
インク供給口16₁,16₂,…で構成されている。

【００１０】圧電素子8₁,8₂,…は、矩形板状で、一端面
が振動板15₁,15₂,…の外側に接着され、両面に電極が設
けられている。また、ノズル板12₁,12₂,…と振動板15₁,
15₂,…の間に壁部材14₁,14₂,…が配置されて、これらに
囲まれた空間部により圧力室13₁,13₂,…が形成されてい
る。

【００１１】実際には、ノズル板12₁,12₂,…、壁部材14
₁,14₂,…及び振動板15₁,15₂,…は、夫々一体に形成され
て、静電接合 (或いは拡散接合) 或いは接着剤等によっ
て接合されている。

【００１２】従って、圧電素子8₁,8₂,…に選択的に電圧
を印加して、その電気歪みの変位量により振動板15₁,15
₂,…に対応する位置を振動させることによって、圧力室
13₁,13₂,…に圧力を加えて、インク供給口16₁,16₂ …か
ら供給されたインク6aが上記のようにノズル孔9₁,9₂,…
から噴射する。

【００１３】なお、振動板15₁,15₂,…と壁部材14₁,14₂,
…、或いはノズル板12₁,12₂,…と壁部材14₁,14₂,…を一
体として、例えば電鋳法で形成したヘッド部もある。ま
た、ステンレス鋼板或いは感光ガラスをエッチングして
形成したノズル板、壁部材及び振動板を使用したヘッド
部もある。

【００１４】このようなヘッド部10は、圧電素子8₁,8₂,
…に電圧を印加して、振動板15₁,15 ₂,…を振動させた時
に、ノズル孔9₁,9₂,…から噴射されるインク6aの粒子の
体積と飛翔速度は、夫々振動板15₁,15₂,…を介して伝達
された変位体積と圧力によって決定されるため、効率良
くインク6aの粒子を発生させるには、変位体積と圧力が
共に大きいことが必要である。

【００１５】ところが、振動板15₁,15₂,…を介して伝達
された変位体積と圧力の大きさは、インク6aを押し出す
力と振動板15₁,15₂,…を湾曲させる力の和となるので、
振動板15₁,15₂,…の剛性に関してはいずれも相反する関
係にある。

【００１６】しかし、振動板15₁,15₂,…の周囲は、壁部
材14₁,14₂,…に固定されているため、振動板15₁,15₂,…
を湾曲させるために大きな力が必要となる。その結果、
インク6aを押し出す力が減少する。このため、圧電素子
8₁,8₂,…の発生力に対するインク6aの押し出し力への変
換効率が悪い。

【００１７】また、振動板15₁,15₂,…と壁部材14₁,14₂,
…の接続部に大きな応力が発生し、この応力によって疲
労破壊を起こし、接続部が破断するおそれがある。とい
う問題点がある。

【００１８】この問題点を解決するために、本出願人に
よる特願平６−０５９８２２号「インクジェットヘッ
ド」の方法が提案されている。図10によりその概要を説
明する。

【００１９】図10に示すように、ヘッド部10ａは、圧電
素子8₁(8₂,…) 、ノズル孔9₁(9₂,…) 、ノズル板12₁(12
₂,…) 、圧力室13₁(13₂,…) 、壁部材14₁(14₂,…) 、イ
ンク供給口16₁(16₂ …) 、弾性部材17₁(17₂,…) 及び加
圧板18₁(18₂,…) で構成されている。圧力室13₁(13₂,
…) 及び壁部材14₁(14₂,…) は、剛性の高い材料 (金
属、或いはヤング率が１×10¹⁰Ｐａ程度の樹脂：パスカ
ルＰａ＝Ｎ／ｍ² ）で形成されている。

【００２０】弾性部材17₁(17₂,…) は、ヤング率が１×
10⁵ 〜１×10⁹ Pa程度のゴム或いは樹脂で形成されて加
圧板18₁(18₂,…) に接しており、圧電素子8₁(8₂,…) の
一端面が加圧板18₁(18₂,…) の外側に接着されている。

【００２１】圧力室13₁(13₂,…) は、ノズル板12₁(12₂,
…) 、壁部材14₁(14₂,…) 、弾性部材17₁(17₂,…) 及び
加圧板18₁(18₂,…) で形成されている。加圧板18₁(18₂,
…)は一体に形成されている。

【００２２】弾性部材17₁(17₂,…) は、液体状になって
いる一液性シリコーンゴム、或いは二液性シリコーンゴ
ムをスクリーン印刷等の印刷方法により、壁部材14₁(14
₂,…) の一端面に形成し、加圧板18₁(18₂,…) を位置合
わせした後、常温或いは高温(120°Ｃ程度）で硬化さ
せ、板状部材に形成する。

【００２３】従って、圧電素子8₁(8₂,…) は電圧を印加
してその電気歪みの変位量により加圧板18₁(18₂,…) を
押圧した時に、弾性部材17₁(17₂,…) を押圧して変形さ
せることによって圧力室13₁(13₂,…) のインク6aの圧力
を高めるので、より安定した動作が可能となる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法によれ
ば、弾性部材を形成する方法として、壁部材の一端面に
液体状のシリコーンゴムを印刷して硬化させているが、
この方法では、印刷時に圧力室にシリコーンゴムが流れ
込み、圧力室の形状が変化する。また、弾性部材の厚さ
を均一にすることが困難であり、圧電素子の駆動時に加
圧板の変位量にバラツキが生じる原因となる。

【００２５】このような弾性部材の形状や厚さのバラツ
キは、ノズルから噴射されるインク粒子の飛翔速度、噴
射量のバラツキとなり、印字品質を低下させる。という
問題点がある。

【００２６】本発明は、弾性部材を弾性を有するフィル
ムで形成することにより、形状や厚さのバラツキをなく
して、噴射されるインク粒子の飛翔速度及び噴射量を均
一にして印字品質を確保することができるインクジェッ
トヘッドを提供することを目的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】図１及び図２は本発明の
原理図で、図１は請求項１に対応する原理図、図２は請
求項４に対応する原理図である。

【００２８】１）請求項１に対応する手段 図１において、６はインク、９はノズル孔、12はインク
６の粒子を噴射するノズル孔９を有するノズル板、18は
インク６を押し出す加圧板、14はノズル板12及び加圧板
18を接続する壁部材、13はノズル板12、加圧板18及び壁
部材14で形成される圧力室、17は壁部材14及び加圧板18
の間に挿入され、弾性を有する材料のフィルムを圧力室
13に対応する部分をくり抜いて形成した弾性部材、８は
加圧板18を駆動する圧電素子である。

【００２９】従って、圧電素子８によって加圧板18を駆
動させて、圧力室13内のインク６をノズル孔９から噴射
するように構成されている。更に、請求項２では、請求
項１の弾性部材17はドライフィルムで形成されたことを
特徴としている。

【００３０】また、請求項３では、請求項１或いは請求
項２の弾性部材17はヤング率が１×１０Ｐａ〜１×１０
⁹ Ｐａの範囲の材料で形成されたことを特徴としてい
る。 ２）請求項４に対応する手段 図２において、６はインク、９はノズル孔、12はインク
６の粒子を噴射する複数のノズル孔９を有するノズル
板、18はノズル孔９に対応して複数設けられ、夫々イン
ク６を押し出す加圧板、14は複数設けられ、ノズル板12
及び加圧板18を接続する壁部材、13はノズル板12、加圧
板18及び壁部材14で形成されて複数設けられる圧力室、
８は加圧板18に対応して複数設けられ、加圧板18を夫々
駆動する圧電素子である。

【００３１】圧電素子８によって加圧板18を駆動させ
て、圧力室13内のインク６をノズル孔９から噴射するイ
ンクジェットヘッドの製造方法であって、弾性を有する
材料のフィルムの圧力室13に対応する部分をくり抜いて
形成した弾性部材17を壁部材14及び加圧板18の間に挿入
する構成である。

【００３２】また、請求項５では、請求項４の弾性部材
17を、基盤上に形成し、弾性部材17を壁部材14に取付け
た後に、基盤を取り外すことを特徴としている。

【００３３】

【作用】

１）請求項１に対応する作用 図１に示すように、壁部材14及び加圧板18の間に、弾性
を有する材料のフィルムで圧力室13に対応する部分をく
り抜いて形成した弾性部材を挿入することにより、弾性
部材17の形状の変化や厚さのバラツキをなくなり、圧電
素子８の駆動時に加圧板18の変位量が安定し、噴射され
るインク６の粒子の飛翔速度及び噴射量が均一になり印
字品質を向上させることができる。

【００３４】また、請求項２では、弾性部材17をドライ
フィルムで形成したことにより、弾性部材17の形成と壁
部材14への接着を同時に行うことができ、工程及び工数
が減少してコストの低減を図ることができる。

【００３５】更に、請求項３では、弾性部材17にヤング
率が１×１０Ｐａ〜１×１０⁹ Ｐａの範囲の部材で形成
したフィルムを用いることにより、加圧板18を移動させ
るに適した弾性を有し、且つ圧力室13と壁部材14の間の
壁面としての強度を持たせることができる。

【００３６】２）請求項４に対応する作用 図２に示すように、弾性を有する材料のフィルムの圧力
室13に対応する部分をくり抜いて弾性部材17を形成し
て、弾性部材17を壁部材14及び加圧板18の間に挿入する
ことにより、弾性部材17の形状の変化や厚さのバラツキ
がなくなり、圧電素子８の駆動時に加圧板18の変位量が
安定し、噴射されるインク６の粒子の飛翔速度及び噴射
量が均一になり印字品質を向上させることができる。

【００３７】また、請求項５では、基盤上に弾性部材17
を形成してから、壁部材14に弾性部材17を取りつけた後
に、基盤を取り外す方法とすることにより、弾性部材17
の変形を抑え、壁部材14に張り付ける時の位置合わせの
精度を高めることができる。

【００３８】

【実施例】以下、図３〜図６により本発明の実施例を説
明する。全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。図
３は本発明の実施例を示す側断面図、図４は実施例の説
明図、図５は異なる実施例１を示す説明図、図６は異な
る実施例２を示す説明図である。

【００３９】図３は複数のノズル孔を有するヘッド部の
１つのノズル孔に対応する部分を示している。図におい
て、加圧板18₁(18₂,…) は、金属の薄板で形成され、厚
さは圧電素子8₁(8₂,…) が駆動した時に湾曲しない厚さ
に設定されている。例えば、厚さ約20μｍで、ヤング率
が 2.2×10¹¹Ｐａのニッケル等を用いている。

【００４０】壁部材14₁(14₂,…) と加圧板18₁(18₂,…)
の間に弾性部材17a₁(17a₂,…) が挿入されている。弾性
部材17a₁(17a₂,…) は、ヤング率が１×10⁶ のスチレン
ブタジエンゴム（以下ＳＢＲという）のフィルムで形成
されている。この弾性部材17a₁,17a₂,…の材料として
は、ヤング率が１×10⁵ 〜１×10⁹ Ｐａ程度のゴム又は
樹脂が好ましい。

【００４１】図４に示すように、弾性部材17a₁,17a₂,…
は、厚さが60μｍのＳＢＲのフィルム170 をプレス加工
によって圧力室13₁,13_2,…に対応する形状の孔171 を設
けた後、壁部材14₁,14₂,…と加圧板18₁,18₂,…の間に挿
入してエポキシ系の接着剤によって接着している。

【００４２】このような構成を有するので、圧電素子8₁
(8₂,…) に電圧を印加すると、加圧板18₁,18₂,…は圧電
素子8₁(8₂,…)の発生力により押されて、弾性部材17a
₁(17a₂,…) を押し縮める。この結果、加圧板18₁,18₂,
…は平行移動し、圧力室13₁(13_{2 ,}…)内のインク6aを押
し出す。

【００４３】従って、弾性部材17a₁,17a₂,…を弾性を有
するフィルム170を加工して孔171を設けて接着すること
により、従来方法のシリコーンゴムをスクリーン印刷等
により印刷して硬化させる場合のように、印刷時に圧力
室13₁,13_2,…内にシリコーンゴムが流れ込んで圧力室の
形状が変化することがなく、また、フィルムであるので
弾性部材17a₁,17a₂,…の厚さが均一になり、圧電素子
8₁,8₂,…の駆動時に加圧板18₁,18₂,…の変位量のバラツ
キが解消し、インク6aの粒子の飛翔速度、噴射量のバラ
ツキがなくなり、印字品質を向上させることができる。

【００４４】また、弾性部材17a₁,17a₂,…を壁部材14₁,
14₂,…に張りつける異なる方法として、図５(a) に示す
ように、例えば、テフロンコートした金属基盤19上にＳ
ＢＲのフィルム170 を張り付けて、金属基盤19と電極20
間に放電させて、(b) に示すように、金属基盤19と共に
放電加工により孔171 を明けてから、(c) に示すよう
に、壁部材14₁,14₂,…に張り付けた後に、図中２点鎖線
で示すように、金属基盤19を剥がすことにより、取り扱
いも容易になり、また、壁部材14₁,14₂,…に対する張り
合わせの位置精度を向上させることができる。

【００４５】上記例では、ＳＢＲのフィルムに孔171 を
明けて弾性部材17a₁,17a₂,…を形成する時に、プレス加
工の場合を説明したが、レーザ加工や放電加工によって
も良く、また、図６(a) に示すように、弾性部材17a₁,1
7a₂,…を、ＳＢＲのフィルム170 に代えてドライフィル
ム (例えば、日立化成ＳＲ−2300Ｇ)170ａを用い、壁部
材14₁,14₂,…にドライフィルム170aを取り付けてから、
(b) に示すように、フォトリソグラフィによって孔171
を形成すると共に壁部材14₁,14₂,…に融着することによ
り、弾性部材17a₁,17a₂,…の形成と壁部材14₁,14₂,…へ
の接着を同時に行うことができ、工程及び工数が減少し
てコストの低減を図ることができる。

【００４６】また、上記例では、弾性部材17a₁,17a₂,…
を壁部材14₁,14₂,…に張り付ける方法として接着剤を用
いる方法を説明したが、弾性部材17a₁,17a₂,…にポリア
ミド系の樹脂（例えば、バーサロン1300 ヘンケル白
水) を用いて熱融着する方法、或いは、溶剤を利用して
融着する（例えば、ウレタンゴム表面をメチルエチルケ
トンで溶かす）方法としても良い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１では、壁部材及び加圧板の間に、弾性を有する材
料のフィルムで圧力室に対応する部分をくり抜いて形成
した弾性部材を挿入することにより、弾性部材の形状の
変化や厚さのバラツキがなくなり、圧電素子の駆動時に
加圧板の変位量が安定し、噴射されるインクの粒子の飛
翔速度及び噴射量が均一になり印字品質を向上させるこ
とができる。

【００４８】請求項２では、弾性部材をドライフィルム
で形成したことにより、弾性部材の形成と壁部材への接
着を同時に行うことができ、工程及び工数が減少してコ
ストの低減を図ることができる。

【００４９】請求項３では、弾性部材にヤング率が１×
１０Ｐａ〜１×１０⁹ Ｐａの範囲の部材で形成したフィ
ルムを用いることにより、加圧板を移動させるに適した
弾性を有し、且つ圧力室と壁部材の間の壁面としての強
度を持たせることができる。

【００５０】請求項４では、弾性を有する材料のフィル
ムの圧力室に対応する部分をくり抜いて弾性部材を形成
して、弾性部材を壁部材及び加圧板の間に挿入すること
により、弾性部材の形状の変化や厚さのバラツキがなく
なり、圧電素子の駆動時に加圧板の変位量が安定し、噴
射されるインクの粒子の飛翔速度及び噴射量が均一にな
り印字品質を向上させることができる。

【００５１】請求項５では、基盤上に弾性部材を形成し
てから、壁部材に弾性部材を取り付けた後に、基盤を取
り外す方法とすることにより、弾性部材の変形を抑え、
壁部材に張り付ける時の位置合わせの精度を高めること
ができる。という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の請求項１に対応する原理図

【図２】 本発明の請求項２に対応する原理図

【図３】 本発明の実施例を示す側断面図

【図４】 実施例の説明図

【図５】 異なる実施例１を示す工程図

【図６】 異なる実施例２を示す工程図

【図７】 インクジェットプリンタの概要を示す斜視図

【図８】 ヘッド部の一部を破断して示す斜視図

【図９】 従来例のヘッド部を示す構成図

【図１０】 異なる従来例のヘッド部を示す構成図

【符号の説明】

６,6a はインク、 ８,8₁ 〜8nは圧電素子、
９,9₁,9₂はノズル孔、10,10aはヘッド部、 12,1
2₁,12₂はノズル板、 13,13₁,13₂は圧力室、14_1,14₂ は
壁部材、 17,17₁,17₂,17a₁,17a₂は弾性部材、18,1
8₁,18₂は加圧板、 19は金属基盤、 170 は
フィルム、170aはドライフィルム、 171 は孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクの粒子を噴射するノズル孔を有す
   るノズル板と、 インクを押し出す加圧板と、 該ノズル板及び該加圧板を接続する壁部材と、 該ノズル板、該加圧板及び該壁部材で形成される圧力室
   と、 該壁部材及び該加圧板の間に挿入され、弾性を有する材
   料のフィルムを該圧力室に対応する部分をくり抜いて形
   成した弾性部材と、 該加圧板を駆動する圧電素子とを備え、 該圧電素子によって該加圧板を駆動させて、該圧力室内
   のインクをノズル孔から噴射するインクジェットヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 前記弾性部材は、ドライフィルムで形成
   されたことを特徴とする請求項１のインクジェットヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 前記弾性部材は、ヤング率が１×１０Ｐ
   ａ〜１×１０⁹ Ｐａの範囲の材料で形成されたことを特
   徴とする請求項１或いは請求項２のインクジェットヘッ
   ド。
4. 【請求項４】 インクの粒子を噴射する複数のノズル孔
   を有するノズル板と、 該ノズル孔に対応して設けられ、夫々インクを押し出す
   複数の加圧板と、 該ノズル板及び該加圧板を接続する複数の壁部材と、 該ノズル板、該加圧板及び該壁部材で形成される複数の
   圧力室と、 該加圧板を夫々駆動する複数の圧電素子とを備え、 該圧電素子によって該加圧板を駆動させて、該圧力室内
   のインクをノズル孔から噴射するインクジェットヘッド
   において、 弾性を有する材料のフィルムの該圧力室に対応する部分
   をくり抜いて形成した弾性部材を前記壁部材及び前記加
   圧板の間に挿入することを特徴とするインクジェットヘ
   ッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記弾性部材を、基盤上に形成し、該弾
   性部材を前記壁部材に取付けた後に、該基盤を取り外す
   ことを特徴とする請求項４のインクジェットヘッドの製
   造方法。