JPH09226120A

JPH09226120A - インクジェットヘッド及びこれを使用するインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JPH09226120A
Application number: JP3683996A
Authority: JP
Inventors: Akira Nakazawa; 明中澤; Hiromitsu Soneda; 弘充曽根田; Nobuhiko Onda; 信彦恩田; Michitoku Kuami; 道徳朽網; Fumio Tabata; 文夫田畑; Shigeru Akema; 滋明間; Shuji Koike; 修司小池; Tomohisa Mikami; 知久三上; Hideo Kato; 秀雄加藤; Koichi Nogawa; 浩一乃川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1997-09-02
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: JP3492841B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はインク滴を吐出して記録を行うイン
クジェットヘッドに関し、インク吐出の安定性を図り、
印字品質の向上を図ることを目的とする。【解決手段】圧力板３５で形成される圧力室３４の一
方にノズル孔３２が形成されたノズル板３３が配置さ
れ、他方に弾性体層３６を介在させて加圧部３８ａを形
成した加圧板３８を取り付けるに際し、弾性体層３６の
周辺に高弾性率のスペーサ層３７を介在させて弾性体層
３６の厚さを均一にさせる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出し
て記録を行うインクジェットヘッドに関する。近年、イ
ンクジェットプリンタにおいて高速で品質のよい記録を
行うためには、インク滴の吐出の安定を図る必要があ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１０に、インクジェットプリンタの全
体の概念図を示す。図１０に示すインクジェットプリン
タ１は、回転駆動される搬送手段であるプラテンロール
２が外面の半周に巻き付けられた記録紙３を用紙送りす
るもので、プラテンロール２の軸方向と平行に２本のス
テーシャフト４ａ，４ｂが固定される。このステーシャ
フト４ａ，４ｂに摺動自在にキャリッジ５が設けられて
往復駆動される。このキャリッジ上にインクジェットヘ
ッドユニット６がインク滴を吐出するノズルを記録紙３
側に向って配置されて構成される。そして、インク供給
手段としてのインク溜まり７よりチューブ８を介してイ
ンクジェットヘッドユニット６のインクが供給されるも
のである。

【０００３】そこで、図１１に、従来のインクジェット
ヘッドの分解斜視図を示す。図１１に示すインクジェッ
トヘッド１０は、上記インクジェットヘッドユニット６
を構成するもので、部品ごとに分解して示しており、金
属又はヤング率が３ＧＰａ程度以上のプラスチック等の
ような剛性の高い部材（例えば感光性フィルム）で形成
された長方形状の外壁１１に囲まれて、圧力室１２が形
成されている。

【０００４】圧力室１２内には、インク供給路１３から
インク液が充填され、その前面側（図において上方）に
は、ノズル孔１４が穿設されたノズル板１５が接合され
ている。ノズル孔１４は、外方の印字部（図示せず）に
向いており、圧力室１２内のインク液がノズル孔１４か
らインク滴となって印字部に向かって吐出される。

【０００５】圧力室１２の裏面側には、例えばヤング率
が０．１〜１０ＭＰａ程度のゴム又は樹脂等からなる弾
力性のある弾性体層１６を間に挟み込んで、弾性変形可
能な加圧板１７が配置されている。加圧板１７は長方形
状に形成されて全面で圧力室１２に面しており、長手方
向の両端部において、細いリブ１８によって支持体１９
に連結されている。それと直角の方向では自由端になっ
ている。

【０００６】その加圧板１７の裏面には、電圧が印加さ
れると変形するピエゾ素子２１が密着して配置されてい
る。加圧板１７に対するピエゾ素子２１の当接面は長方
形であり、その長手方向は加圧板１７の長手方向と一致
している。２１ａは電極である。

【０００７】このように構成されたインクジェットヘッ
ド１０では、ピエゾ素子２１に電圧を印加することによ
り、ピエゾ素子２１が収縮して加圧板１７が下方に膨ら
むように弾性変形する。加圧板１７はリブ１８によって
支持体１９に連結されているが、リブ１８の幅を狭く形
成してあるので、大きく撓むことができ、下方にほぼ平
行移動する。この動作によって、インク供給路１３から
圧力室１２内へインク液が吸い込まれる。

【０００８】そこでピエゾ素子２１に対する印加電圧を
ゼロにすると、ピエゾ素子２１が弾性で元の位置に戻
り、それによって加圧板１７が圧力室１２側に押されて
元の位置に戻る。この動作によって、圧力室１２内のイ
ンク液が、ノズル孔１４から印字部へインク滴となって
吐出される。

【０００９】ここで、図１２に従来のインクジェットヘ
ッドの全体平面図を示すと共に、図１３に従来のインク
ジェットのVI−VI断面図を示す。上記インクジェットヘ
ッド１０は図１１に示されるように単独で形成されてい
るのでなく、例えば図１２及びそのVI−VI断面を示す図
１３に示されるように、多数のインクジェットヘッド１
０が一体的に形成されている。２３は、インク供給路１
３に送られるインク液が通るインク通路である。

【００１０】図１３に示される２４は、支持体１９とピ
エゾ素子２１を支持、連結してインクジェットヘッド全
体を支えるベースフレームである。また２５は、インク
吐出時のインク通路２３（インク供給路１３）内のイン
ク液の圧力変動を吸収するための薄膜状の圧力ダンパで
ある。

【００１１】続いて、図１４に、ヘッドの動作の説明図
を示す。図１４（Ａ）は長手方向断面図、図１４（Ｂ）
は横方向断面図である。図１４（Ａ），（Ｂ）におい
て、インク液が圧力室１２内からノズル孔１４へ押し出
される際には、圧力室１２内に約１０〜１５気圧（１〜
１．５ＭＰａ）のインク圧力が発生して、加圧板１７を
ピエゾ素子２１側に撓ませる。

【００１２】加圧板１７に対して、長手方向には圧力室
１２の長さの８０〜９０％の範囲にピエゾ素子２１が当
接している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のインク
ジェットヘッド１０は、外壁１１と加圧板１７との間に
介在される弾性体層１６はヤング率が１０ＭＰａ以下で
あることから、加圧板１７を接着するときの加圧加熱工
程において薄膜が減少して厚み制御が不安定となり、各
ノズル１４間のインク噴射特性にばらつきを生じてイン
ク吐出性の安定性に欠けるという問題がある。

【００１４】ここで、図１５に、従来のインクジェット
ヘッドの圧力室内の状態の説明図を示す。図１５に示す
インクジェットヘッド１０は上述のノズル板の構成を２
層のノズル板１５ａ，１５ｂとして導通路１４ａを形成
した場合を示したもので作用的には図１１と同様であ
る。ところで、インクジェットヘッド１０は、圧力室１
２へのインク充填が、通常ノズル孔１４上にゴムキャッ
プ２６ａ付の吸引装置２６が装着されて行われる。この
吸引装置２６はプリンタ内に設けられてノズル孔１４の
目詰まり等を防止するためのバックアップユニットに設
けられる。

【００１５】この場合、圧力室１２を構成する部材がそ
れぞれの機能に応じたものが選択され、例えば外壁１１
がステンレススチールで形成されてインク液との濡れ性
が悪く、当該部分に気泡２７が残留され易く、特に角奥
の部分に残留する。気泡２７の残留量を減少させるため
には吸引装置２６による吸引力を増加させることが有効
であるが装置が高価となって実用的ではない。従って、
気泡２７の残留によりピエゾ素子２１が加圧板１７を押
しても気泡２７が圧力を吸収してインク吐出が不安定に
なると共に、周波数特性が劣化するという問題がある。

【００１６】また、図１６及び図１７に、従来のインク
ジェットヘッドの加圧板とピエゾ素子の位置関係の説明
図を示す。図１６に示すように、ピエゾ素子２１が加圧
板１７に対して幅方向の中心がずれて取り付けられてい
ると、該ピエゾ素子２１との接続部を支点として加圧板
１７に作用するモーメントがピエゾ素子２１との接続部
分の右側と左側で等しくならず加圧板１７が傾く。これ
により、圧力が逃げることとなって圧力室１２内に発生
される圧力が所定の値より低下してインク粒子の吐出安
定性を低下させるという問題がある。

【００１７】さらに、図１７（Ａ）に示すようにピエゾ
素子２１が圧力室１２の中心線に平行に配置される場合
には中心線に対して上下対称となり、リブ１８には曲げ
モーメントと剪断力による応力が生じるが、図１７
（Ｂ）に示すよう、圧力室１２の中心線に対してピエゾ
素子２１が上下非対称に回転状態で配置されていると、
加圧板１７は図１４の変形に加えて中心線回りに生じる
モーメント（矢印）によって捩じられ、リブ１８には上
記曲げモーメントと剪断力の応力に加えて上記捩じりモ
ーメントによる応力が加わり、該リブ１８の強度が弱く
なることによるインク吐出が不安定となって印字品質の
低下を招くという問題がある。

【００１８】また、図１７（Ｃ）に示すようにピエゾ素
子２１が圧力室１２の中心線より平行状態でずれて配置
されている場合には、上下方向で非対称となり、該ピエ
ゾ素子２１を駆動したときに中心線の回りに生じるモー
メント（矢印）によって加圧板１７が回転しようとし、
リブ１８に捩り方向のモーメントによる応力が生じ、こ
の結果、リブ１８が上述と同様に強度が弱くなることに
よるインク吐出の不安定性により印字品質の低下を招く
という問題がある。

【００１９】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、インク吐出の安定性を図り、印字品質の向上を
図るインクジェットヘッドを提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１では、インク液が充填される所定数の圧力
室を所定数形成した圧力板の一方に対応するノズル孔を
所定数形成したノズル板が設けられると共に、他方に該
各圧力室に対応する変形自在な加圧部を所定数形成した
加圧板が設けられ、各該加圧部を対応するアクチュエー
タにより変形させて該ノズル孔よりインク滴を吐出させ
るインクジェットヘッドにおいて、前記各圧力室の周囲
であって、前記圧力板と前記加圧板との間に、弾性変形
自在な弾性体層を介在させ、該弾性体層の周囲に当該弾
性体層の厚さを均一とする位置規制部材を設けるインク
ジェットヘッドが構成される。

【００２１】請求項２では、請求項１記載の位置規制部
材は、一定厚さの板部材で形成され、該板部材に前記弾
性体層に対応する部分を開口して形成してなる。請求項
３では、請求項１又は２記載の位置規制部材は、弾性率
が前記弾性体層より大であって弾性率が少なくとも３Ｇ
Ｐａの部材が使用されてなる。

【００２２】請求項４では、請求項１〜３の何れか一項
に記載の位置規制部材をフィルム状の部材が使用されて
なる。請求項５では、請求項４記載の位置規制部材は、
感光性フィルム部材が使用されてなる。

【００２３】請求項６では、請求項１〜３の何れか一項
に記載の位置規制部材は、液状接着部材を前記圧力板上
に印刷により形成されてなる。請求項７では、インク液
がインク供給路より充填される所定数の圧力室を所定数
形成した圧力板の一方に対応するノズル孔を所定数形成
したノズル板が設けられると共に、他方に該各圧力室に
対応する変形自在な加圧部を所定数形成した加圧板が設
けられ、各該加圧部を対応するアクチュエータにより変
形させて該ノズル孔よりインク滴を吐出させるインクジ
ェットヘッドにおいて、前記圧力室を形成する部材のう
ち、前記インク液との濡れ性に応じた接触角の大な部材
の近傍に、該圧力室方向に突部が形成されてなるインク
ジェットヘッドが構成される。

【００２４】請求項８では、請求項７において、前記各
圧力室の周囲であって前記圧力板と前記加圧板との間に
弾性変形自在な弾性体層が介在され、該弾性体層の近傍
に前記突部が形成されてなる。請求項９では、請求項７
又は８記載の突部は、前記圧力室を構成する前記インク
供給路が形成された流路部材と一体に形成され、前記弾
性体層上に形成されてなる。

【００２５】請求項１０では、請求項７又は８記載の突
部は、前記加圧板と一体又は該加圧板上に別部材で形成
されてなる。請求項１１では、請求項７〜１０の何れか
一項に記載の突部は、前記ノズル孔側の端部又は前記イ
ンク供給路側端部に形成されてなる。

【００２６】請求項１２では、周囲の支持部材に所定数
のリブ部材により連結されて弾性変形自在な加圧板をイ
ンク液が充填される圧力室に面して配置し、該加圧板を
アクチュエータで駆動して弾性変形させることによっ
て、該圧力室から外方に向けて形成されたノズル孔から
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記リブ部材の幅を、前記加圧板の幅を越えない範囲で
高剛性の幅広に形成されてなるインクジェットヘッドが
構成される。

【００２７】請求項１３では、請求項１２記載のリブ部
材における前記アクチュエータが接続される側に、所定
形状の溝が形成されてなる。請求項１４では、請求項１
２又は１３記載の加圧板を、少なくとも前記圧力室に対
応する部分に周囲より高い剛性の高剛性部とされる。

【００２８】請求項１５では、請求項１〜１４の何れか
一項に記載のインクジェットヘッドを備えるインクジェ
ットヘッドユニットと、該インクジェットヘッドにイン
ク液を供給するインク供給手段と、記録紙を搬送する搬
送手段と、搬送される該記録紙に対して該インクジェッ
トヘッドを搭載して印字方向に移動させて記録させるキ
ャリッジと、を有してインクジェットプリンタが構成さ
れる。

【００２９】上述のように請求項１乃至６の発明では、
圧力板と加圧板との間に弾性体層を介在させ、弾性体層
の周囲に該弾性体層の厚さを均一にするものであって、
弾性率が少なくとも３ＧＰａであり、一定厚さの感光性
フィルム又は液状接着部材で形成された位置規制部材を
設ける。これにより、弾性体層の厚さを均一にすること
から加圧板の変形が一定となってインク吐出特性のばら
つきがなくインク吐出性の安定性が図られ、印字品質を
向上させることが可能となる。

【００３０】請求項７乃至１１の発明では、圧力室にお
けるインク液との濡れ性に応じた接触角の大な部材の近
傍で圧力室方向に、例えば圧力板と加圧板との間に介在
された弾性体層の近傍であってノズル孔側又はインク供
給路側端部に、流路部材若しくは加圧板に一体で、又は
加圧板上に別部材で突部を形成することにより、気泡が
残留し易い箇所における突部でインク注入における気泡
残留を防止することが可能となって、インク吐出の安定
性が図られ、印字品質の向上を図ることが可能となる。

【００３１】請求項１２の発明では、加圧板を支持する
リブ部材の幅を高剛性の幅広に形成する。これにより、
圧力室の加圧板による変位体積を維持しつつリブ部材へ
の広力を低下させて耐久性を向上させ、ひいてはインク
吐出の安定性が図られ、印字品質の向上を図ることが可
能となる。

【００３２】請求項１３又は１４の発明では、リブ部材
となる部分に溝を形成し、又は加圧板の圧力室に対応す
る部分を高剛性部とする。これにより、加圧板の撓みが
確保され、また加圧板の過大な変形の防止が図られてイ
ンク吐出の安定性が図られ、印字品質の向上を図ること
が可能となる。

【００３３】請求項１５の発明では、請求項１乃至１４
のインクジェットヘッドを備えるインクジェットユニッ
トがキャリッジに搭載されて、搬送される記録紙上を移
動させて記録を行わせる。これにより、インク吐出の安
定性から印字品質の良好な記録を行わせることが可能と
なる。

【００３４】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の第１実施例の要
部構成図を示す。図１は前述の図１０に示すようなイン
クジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッド
ユニットに備えられるインクジェットプリンタの要部を
示したものある。図１（Ａ）は本発明のインクジェット
ヘッド３１の上面拡大図であり、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）のＶ−Ｖ断面図である。

【００３５】図１（Ａ），（Ｂ）に示すインクジェット
ヘッド３１は、所定数のノズル孔３２が形成されたノズ
ル板３３上に圧力室３４となる所定数の開口部分が形成
された圧力板３５が設けられる。圧力板３５上であって
圧力室３４となる部分の周囲には弾性体層３６が設けら
れ、該圧力板３５上の弾性体層３６以外の部分に位置規
制部材としてのスペーサ層３７が設けられる。そして、
弾性体層３６及びスペーサ層３７上であって、圧力室３
４に対応する加圧部３８ａがスリット３８ｂで形成され
たリブ３８ｃにより弾性変形自在に所定数形成された加
圧板３８が設けられる。

【００３６】この場合、加圧部３８ａは弾性体層３６上
に位置されるものであり、スペーサ層３７は、図１
（Ａ）の状態を列としたときに、列間及びその周囲に設
けられる。このスペーサ層３７は、加圧板３８が取り付
けられるときに、位置規制の役割をなし、弾性体層３６
の厚さを均一にするものである。

【００３７】そして、各圧力部３８ａにアクチュエータ
に圧電部材を使用するものとしてピエゾ素子４０が取り
付けられたものである。そこで、図２に、図１の製造説
明図を示す。図２において、ステンレススチール等の厚
さ１００μｍ〜３００μｍの金属板にプレス加工等によ
り所定数のノズル孔３２を形成したノズル板３３に厚さ
１００μｍ程度の光硬化性のアクリル系樹脂のドライフ
ィルムをラミネートして厚さを均一に貼着する。ラミネ
ートはノズル板３３とドライフィルムを重ねて一定間隔
の２つのローラ間に挿入することで行う。ラミネートさ
れたドライフィルムを、フォトエッチングにより露光現
像して圧力室３４となる開口部３４ａを形成して圧力板
３５とする。このとき、図示しないがインク供給路が形
成される。

【００３８】この圧力板３５上に、さらに同部材で厚さ
１５μｍ程度のドライフィルムをラネミートし、フォト
エッチングにより露光、現像してスペーサ層３７を形成
する。この場合、スペーサ層３７には圧力室となる開口
部３４ａを例えば図のように縦列のグループで分割し、
グループごとの開口部３７ａが形成される。このスペー
サ層３７は、弾性率を３ＧＰａ以上で形成される。

【００３９】次に、スクリーン印刷によりシリコーンゴ
ムを印刷して弾性体層３６が形成される。この弾性体層
３６は、図に示すようにスペーサ層３７の開口部３７ａ
内に位置され、かつ圧力室３４となる圧力板３５の開口
部３４ａに対応する部分が開口部分として形成される。

【００４０】続いて、例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフ
タレート）フィルムに、図１（Ａ）に示すようにスリッ
ト３８ｂを形成してリブ３８ｃで連結された加圧部３８
ａが圧力室３４となる部分に対応して形成された加圧板
３８を、スペーサ層３７及び弾性体層３６と接触しない
程度にギャップを設けて位置合わせした後、所定温度で
加熱して弾性体層３６を硬化（弾性率１ＧＰａ程度とな
る）させることにより、スペーサ層３７と加圧板３８、
スペーサ層３７と圧力板３５、弾性体層３６と加圧板３
８（加圧部３８ａ）がそれぞれ接着される。

【００４１】そして、ピエゾ素子部材のブロック４０ａ
を加圧部３８ａに対応してくし歯状に形成して、各くし
歯に電極を形成した各ピエゾ素子４０を、各加圧部３８
ａに接着し、さらに図示しないが上記ブロック４０ａを
保持するホルダを接着すると共に、上記インク供給路に
インク液をインクタンクより供給するためのパイプ等が
接続されるものである。

【００４２】すなわち、図２に示すように、ノズル板３
３、圧力板３５、スペーサ層３７、弾性体層３６、及び
加圧板３８が積層されたように形成してインクジェット
ヘッド３１を製造するものである。また、図２における
上記スペーサ層３７の形成をドライフィルムを使用した
場合を示したが、圧力板３５上にスクリーン印刷により
例えば液状のエポキシ接着材（硬化時に弾性率３ＧＰａ
以上となる）を形成し、低温加熱により粘着性を除いた
後、上述のように弾性体層３６をスクリーン印刷するこ
とによっても形成できるものである。

【００４３】なお、図２では圧力室３４となる開口部３
４ａのグループを４列にした場合を示したことにより、
スペーサ層３７の開口部３７ａにおいても４列（４グル
ープ）に構成したもので、４列に限らず同様に形成する
ことができるものである。このように、加圧板３８を接
着するに際して、弾性体層３６より高弾性率な厚さ一定
のスペーサ層３７により、弾性体層３６の厚さを一定と
することができ、インク液の吐出特性がノズル板３３に
よらず一定となってインク吐出の安定性が向上し、ひい
ては印字品質を向上させることができるものである。

【００４４】次に、図３に、本発明の第２実施例の要部
構成図を示す。図３（Ａ）はインクジェットヘッド４１
の側断面図であり、図３（Ｂ）は内部平面図である。図
３（Ａ），（Ｂ）に示すインクジェットヘッド４１は、
ノズル孔４２が所定数形成されたノズル板４３に導通路
４２ａが形成された導通板４３ａが取り付けられ、該導
通板４３ａに３層の流路部材４５ａ〜４５ｃで形成した
圧力板４５が取り付けられて圧力室４６が形成される。

【００４５】この圧力板４５は流路部材４５ｂにはイン
ク供給路４６ａが形成され、流路部材４５ｃにはノズル
孔４２側に該圧力板４５方向に突部４７ａが形成され
る。すなわち、圧力板４５と一体に突部４７ａが形成さ
れる。そして、圧力板４５の最下層の流路部材４５ｃに
弾性体層４８を介在させて、該圧力室４６に対応する加
圧部４９ａが所定数形成された加圧板４９が取着され
る。なお、図示しないが、各加圧部４９ａには図１
（Ｂ）に示すようにピエゾ素子が取り付けられる。

【００４６】例えば、ノズル孔４２の径を５０μｍ、圧
力室４６の幅を２００μｍ、圧力室４６の深さを１００
μｍとし、導通路４２ａの直径を２００μｍとする。ま
た、圧力室４６へインクを供給するためのインク供給路
４６ａを幅５０μｍ、長さ１００μｍとする。

【００４７】この場合、ノズル板４３はＳＵＳ３０４
（ステンレススチール）の板で構成されており、圧力室
４６の壁を構成する流路部材４５ａ〜４５ｃを、ドライ
フィルムを積層して形成したものであり、圧力室４６お
よびインク供給路４６ａを上記ドライフィルムをパター
ンマスクにより露光、現像して作製したものである。ま
た、加圧板４９は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレー
ト）フィルムを使用し、弾性体層４８には弾性率がヤン
グ率０．５〜１０ＭＰａのゴム状のものとしてシリコー
ンゴムを使用し、印刷法により形成したものである。そ
して、加工板を接合してヘッドを作製したものである。

【００４８】ここで、弾性体層４８として使用したシリ
コーンゴムとインクとの濡れ性としての接触角が８０度
であり、他の構成部材（ドライフィルム）の３０度に比
べて悪い。ここで、接触角とは、インク液が壁に接触し
て濡れ広がったときの壁面とインク液盛り上りとの角度
をいうものであり、角度が大きくなるほど濡れ広がりが
悪いことを示す。因に、インク液として水性インク（粘
度２．０ｃｐ、表面張力５３ｄｙｎ／ｃｍ）、の主成分
が水、ジエチレングリコール１０〜２０ｗｔ％、染料２
〜１０ｗｔ％で構成されている場合に、ステンレススチ
ール（ＳＵＳ３０４）との接触角が６１度、シリコーン
ゴムとの接触角が１００度、ＰＥＮとの接触角が５５
度、ドライフィルムとの接触角が５８度である。

【００４９】そこで、上記突部４７ａを、厚さ５０μｍ
で圧力室４６内に５０μｍ突出させるように形成する。
すなわち、厚さが圧力室４６の深さの０．１〜０．８の
範囲内になるようにし、突き出し量を突き出し厚さ（突
部４７ａと弾性体層４８との厚さ）の０．１〜１０倍の
範囲になるように形成するものである。

【００５０】例えば、ノズル板４３にノズル孔４２を６
４個形成したものとして、総てのノズル孔４２をゴムキ
ャップで覆って吸引ポンプで０．４ａｔｍの圧力で１秒
間吸引させた場合、圧力室６４の導通路４２ａの近傍の
総てに気泡が残留しないという結果が得られた。ここ
で、図１５に示すように突部を設けない場合には同条件
で４０個の圧力室で気泡が残留した結果が得られた。

【００５１】このように、突部４７ａを設けることによ
り、気泡残留を防止することができ、良好なインク注入
を実現することができるもので、これをプリンタに搭載
して１時間の連続印字を行ってもインク吐出の不安定な
印字動作が見られず、安定してインク吐出を行うことが
確認できたものである。これにより、印字品質を向上さ
せることができるものである。

【００５２】続いて、図４に、第２実施例の他の実施例
の要部断面図を示す。図４（Ａ）に示すインクジェット
ヘッド４１は、圧力板４５を形成する流路部材を４層と
して４層目の流路部材４５ｄのうち、インク供給路４６
ａ側で圧力室４６内方向に突部４７ｂを形成したもの
で、この突部４７ｂの下部に弾性体層４８が位置され
る。他の構成は図３と同様である。例えば突部４７ｂの
厚さを５０μｍとし、突き出し量を６０μｍとして、上
述と同様に６４個のノズル孔４２の総てを吸引ポンプで
０．３ａｔｍの圧力で１秒間吸引した場合に、総ての圧
力室４６内での気泡の残留が認められなかったものであ
る。

【００５３】因に、突部４７ｂを設けなかった場合の同
条件でのインク注入では３０個の圧力室で気泡の発生が
認められた。このように、突部４７ｂを圧力室４６のイ
ンク供給路４６ａ側に形成した場合であっても気泡の残
留を防止することができ、インク吐出の安定性が図ら
れ、印字品質の向上を図ることができるものである。

【００５４】また、図４（Ｂ）に示すインクジェットヘ
ッド４１は、図３のインクジェットヘッド４１の構成の
うち、圧力板４５を構成する流路部材４５ｃには突部を
設けず（従って弾性体層４８も突状態としない）、加圧
板４９の加圧部４９ａ上のノズル孔４２側及びインク供
給路４７ｄ側にＰＥＴフィルムで例えば厚さ３０μｍ、
圧力室４６内への突き出し量を５０μｍとした突部４７
ｃ，４７ｄを設けたものである。この突部４７ｃ，４７
ｄは、加圧部４９ａと一体的に形成してもよく、別部材
として取り付けてもよい。

【００５５】そこで、上述と同様に６４個のノズル孔４
２の総てを吸引ポンプで０．２ａｔｍの圧力で１秒間吸
引した場合に、総ての圧力室４６内での気泡の残留が認
められなかったものである。因に、突部４７ｃ，４７ｄ
を設けなかった場合の同条件でのインク注入では３０個
の圧力室で気泡の発生が認められた。

【００５６】このように、突部４７ｃ，４７ｄを圧力室
４６のノズル孔４２側及びインク供給路４６ａ側に加圧
部４９ａ上に形成した場合であっても気泡の残留を防止
することができ、インク吐出の安定性が図られ、印字品
質の向上を図ることができるものである。

【００５７】次に、図５に、本発明の第３実施例の構成
図を示す。図５（Ａ）は加圧板の平面図、図５（Ｂ）は
複数の加圧板の配置の平面図、図５（Ｃ）はインクジェ
ットヘッドの部分断面図である。図５（Ａ）に示す加圧
板６０に形成された加圧部６１は、図５（Ｃ）に示され
るインクジェットヘッド５１に使用されるもので、支持
板６２に連結させるリブ６１ａ，６１ａの幅を加圧部６
１の幅を越えない範囲で広く、例えば該加圧部６１と同
じ幅としたものである。そして、ピエゾ素子５２が該加
圧部６１の長手方向の中心線を一致させて密着される。

【００５８】加圧部６１を複数配列してマルチノズルヘ
ッドの加圧板６０とする場合、図５（Ｂ）に示すよう
に、支持板６２（リブ６１ａ，６１ａ）と一体の加圧部
６１がスリット６４を介在させて配置される。例えば、
樹脂材料をレーザ加工又はエッチング等によりスリット
６４が形成される。

【００５９】また、一つのインクジェットヘッド５１
は、図５（Ｃ）に示すように、上記ピエゾ素子５２が密
着された加圧部６１上に、ノズル孔５３が形成されたノ
ズル板５４、インク供給路５７ａが形成された外避（圧
力板）５５、及び弾性体５６が設けられて圧力室５７を
形成している。

【００６０】このように、リブ６１ａ，６１ａの幅が広
いことから、リブ６１ａ，６１ａへの応力集中が緩和さ
れて応力が低下する。また、加圧部６１を幅広く支持す
るために中心軸回りに回転しにくくなり、リブ６１ａ，
６１ａに使用する捩じりモーメントは小さくなって応力
はさらに小さくなる。一方、加圧部６１の圧力室５７の
変位体積（インク吸引量）については、リブ６１ａ，６
１ａの部分の変形は小さくなるが、斜線部分（図５
（Ｃ））が従来のものと同程度に変形するために、変位
体積は従来のものとほぼ同じ値になる。

【００６１】ここで、図６に第３実施例の加圧板変位体
積とリブ応力の関係の説明図を示して、具体的数値によ
り説明する。いま、例えばリブ６１ａ，６１ａの幅が従
来の０．０４ｍｍであり、第４実施例を０．２６２ｍｍ
とする。この場合、加圧部６１のサイズを１．２ｍｍ
（長さ）×０．２６２ｍｍ（幅）×０．０７５ｍｍ（厚
さ）であり、リブ６１ａ，６１ａのサイズが０．０２ｍ
ｍ（長さ）×０．０７５ｍｍ（厚さ）であってリブ幅を
０．０４ｍｍと０．２６２ｍｍとする。なお、ヤング率
（Ｅ）は６ＧＰａである。また、弾性体５６のサイズを
１．０９２ｍｍ（長さ）×０．１９０ｍｍ（幅）×０．
０１４ｍｍ（厚さ）、ヤング率（Ｅ）が９６０ＫＰａと
する。さらに、ピエゾ素子５２のサイズが０．８ｍｍ
（長さ）×０．１ｍｍ（幅）×４．５ｍｍ（厚さ）と
し、ｄ（変位）定数（ｄ₃₁：３１は変位方向を示す）を
−４１０×１０ ^-12ｍ／Ｖ（駆動電圧５０Ｖ）とする。

【００６２】このとき、ピエゾ素子５２の駆動時の加圧
部６１の変位体積が図６（Ａ）に示され、リブ６１ａ，
６１ｂの応力が図６（Ｂ）に示される。図６（Ａ），
（Ｂ）において従来例のものは上記リブの幅が０．０４
ｍｍのものである。すなわち、従来のものと比較する
と、変位体積比が０．９７５（＝１６９．２／１７３．
６）となって２．５％減少し、応力比が０．５８７（＝
１１．５／１９．６）となって４１．３％減少する。従
って、加圧板６１の変位体積は従前のものと略同一であ
るが、リブ６１ａ，６１ａの応力が大幅に減少したこと
が明らかである。

【００６３】また、ピエゾ素子５２が、図５（Ａ）に示
すＹ方向に例えば０．０４５ｍｍずれて密着された場合
に、リブ６１ａ，６１ａに生じる捩りモーメントによ
り、図６（Ｃ），（Ｄ）に示すように加圧板変位体積及
びリブ応力が変化する。図６（Ｃ），（Ｄ）より従来の
もの（リブ幅０．０４ｍｍ）と比較すると、変位体積比
が０．９７６（＝１６６．１／１７０．２）で２．４％
減少し、応力比が０．６３７（＝１２．８／２０．１）
で３６．３％減少する。すなわち、ピエゾ素子５２が位
置ずれして密着されても加圧部６１の変位体積は従来の
ものとほぼ同一であり、リブ応力が大幅に低下したもの
である。

【００６４】続いて、図７〜図９に、第３実施例の他の
実施例の構成図を示す。図７（Ａ），（Ｂ）において、
加圧板６０の加圧部６１を支持するリブ６１ａ，６１ｂ
を例えば矩形状の溝６５ａを形成したものである。加圧
部６１と同一厚さ、同一幅のリブ６１ａ，６１ｂの場合
に、形成材料のヤング率が数十ＧＰａ以上として剛性が
高くなると加圧部６１が撓みにくくなることから、リブ
６１ａ，６１ａに溝６５ａを設けることにより剛性を低
下させて撓み易くしたものである。

【００６５】同様に、図８（Ａ）は上記溝６５ａの部分
を円弧状の溝６５ｂとしたもので、図７より過度の応力
集中部分を生じないようにしたものである。また、図８
（Ｂ）は当該リブ６１ａ，６１ａの板厚を圧力室５７方
向にテーパ状の溝６５ｃとしたもので、これによっても
加圧部６１を撓み易くしたものである。

【００６６】さらに、図９（Ａ），（Ｂ）は図５の加圧
部６１における少なくとも圧力室５７に対応する部分を
高剛性部６１ｂとしたものである。一般に加圧部６１の
ヤング率が数ＧＰａ以下と小さくなるとリブ６１ａ，６
１ｂは撓み易くなるが、インク噴射時のインク圧力によ
って圧力室５７領域部分の変形が大きくなり、インク圧
力低下を生じてインク粒量、粒速が低下する。上述のよ
うに加圧部６１の所定部分を高剛性とすることにより、
加圧部６１の過大な変形を防止することができるもので
ある。

【００６７】例えば、加圧部６１の成型時に該当部分に
ヤング率の高い樹脂材料（例えばＰＮＥ：ポリエチレン
ナフタレート）や金属材料を配置し、又は成型時にＣＦ
ＲＰ（カーボンファイバ強化プラスチック）等の繊維を
配合する等により、加圧部６１に高剛性部６１ｂを形成
することができるものである。

【００６８】このように、リブ６１ａ，６１ｂへの応力
が大幅に減少されて耐久性が向上してインク吐出特性の
劣化が軽減されてインク吐出の安定性を図ることがで
き、ひいては印字品質を向上させることができるもので
ある。また、スリット形成の加工時間が短縮されると共
に、高精度が要求されず加工が簡易になるものである。

【００６９】

【発明の効果】以上のように請求項１乃至６の発明によ
れば、圧力板と加圧板との間に弾性体層を介在させ、弾
性体層の周囲に該弾性体層の厚さを均一にするものであ
って、弾性率が少なくとも３ＧＰａであり、一定厚さの
感光性フィルム又は液状接着部材で形成された位置規制
部材を設けることにより、弾性体層の厚さを均一にする
ことから加圧板の変形が一定となってインク吐出特性の
ばらつきがなくインク吐出性の安定性が図られ、印字品
質を向上させることができる。

【００７０】請求項７乃至１１の発明によれば、圧力室
におけるインク液との濡れ性に応じた接触角の大な部材
の近傍で圧力室方向に、例えば圧力板と加圧板との間に
介在された弾性体層の近傍であってノズル孔側又はイン
ク供給路側端部に、流路部材若しくは加圧板に一体で、
又は加圧板上に別部材で突部を形成することにより、気
泡が残留し易い箇所における突部でインク注入における
気泡残留を防止することができ、インク吐出の安定性が
図られ、印字品質の向上を図ることができる。

【００７１】請求項１２の発明によれば、加圧板を支持
するリブ部材の幅を高剛性の幅広に形成することによ
り、圧力室の加圧板による変位体積を維持しつつリブ部
材への広力を低下させて耐久性を向上させ、ひいてはイ
ンク吐出の安定性が図られ、印字品質の向上を図ること
ができる。

【００７２】請求項１３又は１４の発明によれば、リブ
部材となる部分に溝を形成し、又は加圧板の圧力室に対
応する部分を高剛性部とすることにより、加圧板の撓み
が確保され、また加圧板の過大な変形の防止が図られて
インク吐出の安定性が図られ、印字品質の向上を図るこ
とができる。

【００７３】請求項１５の発明によれば、請求項１乃至
１４のインクジェットヘッドを備えるインクジェットユ
ニットがキャリッジに搭載されて、搬送される記録紙上
を移動させて記録を行わせることにより、インク吐出の
安定性から印字品質の良好な記録を行わせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の要部構成図である。

【図２】図１の製造説明図である。

【図３】本発明の第２実施例の要部構成図である。

【図４】第２実施例の他の実施例の要部断面図である。

【図５】本発明の第３実施例の構成図である。

【図６】第３実施例の加工板変位体積とリブ応力の関係
の説明図である。

【図７】第３実施例の他の実施例の構成図（１）であ
る。

【図８】第３実施例の他の実施例の構成図（２）であ
る。

【図９】第３実施例の他の実施例の構成図（３）であ
る。

【図１０】インチジェットプリンタの全体の概念図であ
る。

【図１１】従来のインクジェットヘッドの分解斜視図で
ある。

【図１２】従来のインクジェットヘッドの全体平面図で
ある。

【図１３】従来のインクジェットヘッドのVI−VI断面図
である。

【図１４】ヘッドの動作の説明図である。

【図１５】従来のインクジェットヘッドの圧力室内の状
態の説明図である。

【図１６】従来のインクジェットヘッドの加圧板とピエ
ゾ素子の位置関係の説明図（１）である。

【図１７】従来のインクジェットヘッドの加圧板とピエ
ゾ素子の位置関係の説明図（２）である。

【符号の説明】

３１，４１，５１インクジェットヘッド３２，４２，５３ノズル孔３３，４３，５４ノズル板３４，４６，５７圧力室３５，４５圧力板３６，４８，５６弾性体層３７スペーサ層３８，４９，６０加圧板３８ａ，４９ａ，６１加圧部４０，４２ピエゾ素子４７ａ〜４７ｄ突部

フロントページの続き (72)発明者恩田信彦神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者朽網道徳神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者田畑文夫神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者明間滋神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者小池修司神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者三上知久神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者加藤秀雄神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者乃川浩一神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者右田和彦神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク液が充填される所定数の圧力室を
所定数形成した圧力板の一方に対応するノズル孔を所定
数形成したノズル板が設けられると共に、他方に該各圧
力室に対応する変形自在な加圧部を所定数形成した加圧
板が設けられ、各該加圧部を対応するアクチュエータに
より変形させて該ノズル孔よりインク滴を吐出させるイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記各圧力室の周囲であって、前記圧力板と前記加圧板
との間に、弾性変形自在な弾性体層を介在させ、該弾性
体層の周囲に当該弾性体層の厚さを均一とする位置規制
部材を設けることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１記載の位置規制部材は、一定厚
さの板部材で形成され、該板部材に前記弾性体層に対応
する部分を開口して形成してなることを特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項３】請求項１又は２記載の位置規制部材は、
弾性率が前記弾性体層より大であって弾性率が少なくと
も３ＧＰａの部材が使用されてなることを特徴とするイ
ンクジェットヘッド。
【請求項４】請求項１〜３の何れか一項に記載の位置
規制部材をフィルム状の部材が使用されてなることを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】請求項４記載の位置規制部材は、感光性
フィルム部材が使用されてなることを特徴とするインク
ジェットヘッド。
【請求項６】請求項１〜３の何れか一項に記載の位置
規制部材は、液状接着部材を前記圧力板上に印刷により
形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項７】インク液がインク供給路より充填される
所定数の圧力室を所定数形成した圧力板の一方に対応す
るノズル孔を所定数形成したノズル板が設けられると共
に、他方に該各圧力室に対応する変形自在な加圧部を所
定数形成した加圧板が設けられ、各該加圧部を対応する
アクチュエータにより変形させて該ノズル孔よりインク
滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記圧力室を形成する部材のうち、前記インク液との濡
れ性に応じた接触角の大な部材の近傍に、該圧力室方向
に突部が形成されてなることを特徴とするインクジェッ
トヘッド。
【請求項８】請求項７において、前記各圧力室の周囲
であって前記圧力板と前記加圧板との間に弾性変形自在
な弾性体層が介在され、該弾性体層の近傍に前記突部が
形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項９】請求項７又は８記載の突部は、前記圧力
室を構成する前記インク供給路が形成された流路部材と
一体に形成され、前記弾性体層上に形成されてなること
を特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】請求項７又は８記載の突部は、前記加
圧板と一体又は該加圧板上に別部材で形成されてなるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１１】請求項７〜１０の何れか一項に記載の
突部は、前記ノズル孔側の端部又は前記インク供給路側
端部に形成されてなることを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項１２】周囲の支持部材に所定数のリブ部材に
より連結されて弾性変形自在な加圧板をインク液が充填
される圧力室に面して配置し、該加圧板をアクチュエー
タで駆動して弾性変形させることによって、該圧力室か
ら外方に向けて形成されたノズル孔からインク滴を吐出
させるインクジェットヘッドにおいて、前記リブ部材の
幅を、前記加圧板の幅を越えない範囲で高剛性の幅広に
形成されてなることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項１３】請求項１２記載のリブ部材における前
記アクチュエータが接続される側に、所定形状の溝が形
成されてなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１４】請求項１２又は１３記載の加圧板を、
少なくとも前記圧力室に対応する部分に周囲より高い剛
性の高剛性部とされることを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項１５】請求項１〜１４の何れか一項に記載の
インクジェットヘッドを備えるインクジェットヘッドユ
ニットと、該インクジェットヘッドにインク液を供給するインク供
給手段と、記録紙を搬送する搬送手段と、搬送される該記録紙に対して該インクジェットヘッドを
搭載して印字方向に移動させて記録させるキャリッジ
と、を有することを特徴とするインクジェットプリンタ。