JPS5998861A - インクジエツトヘツド - 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】 本発明はインクジェット印刷装置に係わり、特に安価な
インクジェットヘッドの製造法に関する。

インクジェット印刷のうち、インクオンデマンド型の印
刷はヘッドの構成が簡単で、マルチノズルが容易に得ら
れるため注目されている。

ヘッドの製造法と・しては、従来から各種の提案がされ
ており、その一部は実用化されている。しかしながらそ
れ等は、いずれも製造コストが高くなッタリ、ヘッドの
耐久性がなかっｆｃシする欠点ヲ持っていた。たとえば
米国特許４１８９７３４号明細書において、インクジェ
ットヘッドを感光性ガラスセランシク、たとえばコーニ
ング社のホトセラムで製造することが述べられている。

一般的に。

感−１ｉｔガラスは製造工程における温度管理が難しい
などの理由で、非常に高価なものとなってしまう。また
、完成時に感光性ガラスは不透明となってし゛まい、ヘ
ッドの基板と振動板が完全に接着されたかを検査するこ
とが難しい。

スエーデン特許５６４５８５号明細書（米国特許５９８
８７４５）においては、各基板を重ね合わせ、その結合
は何本かのネジで締めつけることが述べられている。こ
の場合、基板はグラスチック等のモールドによって作る
ことができるとしている。このようにすれば、基板自体
は安価に作ることが可能であシ、ネジ止めのコストもそ
れほど高い、とはいえない。しかしながら加圧室、ノズ
ル等の流路を完全にシールするためには、各々の基杖の
平面度を非常に良くする必要がある。一般的にはモール
ドしたグラスチックではこの目的に合わない。特に、多
数のノズルを集積化したマルチノズルヘッドは、共通の
少数のネジによって、多くのノズルの固定を行なわなけ
ればならず、全ての流路を完全にシールすることは難し
い。また固定用ネジから離オｔた所の流路は、基板同志
の押圧力が弱いため圧電素子の変形に＃ない、となりあ
う流路が知略するおそれがある。

これ等の欠点を除くために、流路を形成する基板をＪ＆
着剤で接着することが考えられる。しかし接着剤が、微
小な断面積を持つノズルに流れこんでノズルを封止して
しまうことが多い。また流路壁に塗布された接着剤が、
インクの影響によりある時間経過後流路壁からはがれノ
ズルを閉そくする。

また他のヘッド製造法として、管状のガラスの先端を細
くしてノズルとし、管状の圧電素子をガラスにかぶせる
ことでヘッドとする方法も実用化されている。しかしな
がらこの方法は、圧電素子の製造コストが非常に高い。

また多数のノズルを高密度に集積することが寸法的に難
しく、さらにノズルを増加するにつれてコストも高くな
ってしまう。

以上述べたように、従来提案あるいは実用化されている
ヘッドは、非常に高価でめるが、安価に作ろうとすれば
信頼性が乏しいという欠点があった。

したがって本発明の目的は、ヘッド製造コストを低下さ
せることにある。

本発明の他の目的は、信頼性のめるヘッドを得ることに
ある。

以下、実施例によｐ本発明の説明をする。

８１図は、本発明の一実施例のインクジェットヘッドを
示す斜視図である。１はインクに対する耐蝕性を有する
射出成形クラスチックの基板で、その表面に、加圧室２
．ノズル５、供給路４、供給路５が形成され、外部から
インクを供給する供給管６が形成されている。７は基板
１と同材質の振動板で表面に導Ｉｎが形成されている。

８は圧電素子であシ表面に電極が形成されている。９゜
１０はインクジェットヘッドを本体に取付けるための位
置決め孔および取付溝である。

以上の構成において、振動板７と基板１および圧電素子
８を溶剤またはドープセメントで接着し組立てる。

一般にインクジェットヘッドの組立に用いられるエポキ
シ系等の接着剤にくらべて、溶剤またはドープセメント
は粘度の低いものが使える。このため基板１または振動
板７の表面にごく薄く、高々数μの厚さに塗布すること
ができる。このため接着時にノズルが接着剤で封止され
ることがおこりにくい。また基板１または振動板７の表
面に。

蒋剤またはドープセメントを塗布後、しばらく放置し、
溶剤をいくらか蒸発させた後加圧接着することで、ノズ
ルの封止はなおおこりにくくなる。

溶剤により基板１または低動板７の表面の薄い層はやわ
らかくなっているため、基板１と低動板７を重ね１両面
から加圧すれば、ノズルを封止することなく、しかも原
料の基板１または振動板７の表面の多少の凹凸はうまっ
てし甘う。したがって各流路のシールも完全に行なわれ
る。

ブた接着彼アニーりングし、溶剤を完全に蒸発させてし
まえば、流路壁には基板と同相質のプラ、ｚ−ｆ−ンク
しがなく、接着剤のようにインクの影・響でハガレ、ノ
ズルの目詰フをおこすということはない。また基板と振
動板及び接着層は同一材質のため均等に溶融しあい、基
板と振動板がはがれることがない。

なお、具体的な実施例としては％基板および振動板をポ
リザル７オンとし、溶剤としてベンジルアルコール（Ｂ
ｅｎｚｙｌ　ａｌｃｏｈｏｌ　）を用いたシ、ＡＢＳの
基板を、ＡＢＳをジエチレングリコールモツプチルエー
テルアセテートにドープしたドープセメント（Ｄｉｅｔ
ｈｙｌ、ｅｎｅ　ｇｉ７ｃｏ１　ｍｏｎ０６ｕｔ７１ｅ
ｔｈｅｒ　ａｃｅｔａｔｅ）で接着すれば、クランク白
化等の悪影響がなく、ノズルの封止もない確実な接着が
可能でおり一１作業性も非常に良い。なおＡＢＳの接着
用溶剤としては、メチルエチルケトン（Ｍｅｔｙｌ　ｅ
ｔｈｙｌ　ｋｅｔｏｎｅ　）　、メチルイソブチルケト
：ｙ　（Ｍｅｓｈｙｌ　ｉｅｏ　ｂｕｔｙｌ　ｋｅｔｏ
ｎｅ　）なども使える。またポリメチルメタクリレート
ま次はポリカーボネートをエチレンジクロライド（１１
１１！ｔｈｙ１θｎｅｄｉｃｈｌｏｒｉｄｅ　）にょ夛
接着することもできる。

以上述べたポリサル７オン、ＡＥＳ、ポリメチルメタク
リレート、ポリカーボネートのうち透明なグレードを選
べば、接着後、接着部の状態が外刃）ら目視で確認でき
、＠査が容易にできる利点がるる。また内部の・ｒンク
の状態も確認でき、目詰り、気泡、混入などのトラブル
に対し対策がとりやすい。

なお透明なプラヌチンクとしては、ポリ塩化ビニル、ポ
リ塩化ビニリデン、ポリ１１７ｔＥ［ビニル、ポリヒニ
リアルコール、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチ
レン共ｘ　合体、エチレン酢瀬ビニル共重合体等も使用
可能である。

なおポリサルフォン、ＡＢＳ、ポリエーテルサルフォン
等の場合は、表面にメッキをすｉ″Ｌは、内部のインク
の状態を確認することはできないが。

インクの蒸発、気体の侵入等を防止する効果が高くなる
。また耐熱性の高いポリサル７オン、ポリエーテルザル
フォノ。ポリカーボネートでハ、蒸着やスパッタによる
乾式メッキでインク蒸発、気体の侵入に対する防止効果
を高くできる。

以上述べた比較結晶性の低い熱可塑性樹脂類でできた基
板をそれに適した有機溶剤で融着すること・によシ、ノ
ズルを封止することなく完全なシールができる。

特にポリサル７オン、ＡＢＳは安定な溶剤接着ができ、
−放水性インクのアルカリ性に対する耐食性にすぐれ、
特に記録時の速乾性を高めるために、Ｐ　Ｈ１’　２．
５程度の強アルカリにしたインクに対しても問題なく使
える。またインク蒸着等に対してもメッキをすることで
防止できる。また透明グレードを使用すれば接着部の検
査が容易である。

など多くの利点を有し、インクジェットヘッドとしては
最適な合成樹脂といえる。

第１図の実施例に訃いて、溶剤にょシ基板表示を融かし
融着する例を述べたが、次に熱可塑性樹脂を熱によシ融
着する例を述べる。

ＡＢＳの畢板と振動板を治具にはさんで加圧し。

温度を熱変形温度付近にする。加圧力と温度を適当に選
ぶことで基板を殆んど変形することなく、必要部分だけ
を融着シールすることができる。この方法によればノズ
ルへの溶剤の流れ込みはないので、ノズル封止のない接
着が可能である。しかしながら、基板の平面度が要求さ
れること、温度と加圧力を微妙にコントロールしないと
接着が不完全か、あるいは基板が大きく変形しノズルが
つぶれてし寸うなどの問題がある。また加圧しておく時
間もかなり長時間必要であるとＶ−う問題がある。

また熱融着の一部として超音波融沿によシ基板の接着を
行なうことも考えらｈる。この場合には、前述した非結
晶性グラスチック（ＡｍｏｒｐｈｏｕｓＲｅｓｉｎ　）
の他に、アセター／ｌ／　（Ａｃｅｔａｌ　　）　、ナ
イｏ　：ｙ　（Ｎｙｌｏｎ　）、ボリエヌテル（Ｐｏ］
、ｙｅｓｔｅｒ　）　。

ポリプロビレ：ｙ　（Ｐｏ１ｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　　
）等の結晶性グラスチック（Ｃｒｙｓｔａｌ〕ｉｎｅ　
Ｒｅ５ｉｎ　）も用いることができる。しかしながら超
音波融着は、ノズル断面積の大きなものには適用できる
が、断面積の小さなノズルは封止してしまうことが多い
という問題がある。

以上の実施例でわかるように１本発明によれば基板の表
面を融かして接着するため、使用中に接着剤がはがれ、
ノズルの目詰りをおこすことはない。またシールも完全
におこなわれる。

また第１図の実施例でわかるように、ノズル５゜供給路
′４、供給路５などは一体的に基板１上に形成されるた
め部品加工が容易で、部品点数も少なく組立時の微妙な
位置合せなどが不要である。

なお、第１図の実施例においてはノズル数が１つの場合
を示した。また供給路は４と５の２つがある例を示した
。これらのヘッド形状は本発明を限定するものではなく
、たとえば、第２図に示すようなヘッドに本発明を適用
することができる。

第１図の例と同様、供給路５、加圧室２、ノズル５がそ
れぞれ複数配置されている。このように多くのノズルが
配置されると、必然的に加圧室２からのノズル５１での
距離が長くなシ、流路抵抗が増加する。したがってイン
クの射出が難しくなってくる。これを防ぐには、ノズル
５がたとえば５０μの深さの場合、加圧室２、流路１１
等を２００μ程度に深くすることが効果的である。この
ように流路の深さを場所によシ異ならせて、ヘッドの特
性を上げるには、グラスチックの射出成形は非常に適し
ている。

前述した感光性ガラスのエンチングでもＡ路の深さを変
化させることが可能であるが、製造１造が増しコストが
高くなる。グラスチックの射出成形ではコ２トが上がる
ことなく特性を上げることができる。またタンクからの
インク供給をうける供給部１２を射出成形で同時に成形
することができる。

第３図に本発明を応用した他の実施例を示す。

第３図は、第２図に示した流路を基板の両面に成形し１
２ノズル゛Ｘ２＝２４ノズルとしたヘッドの断面を示す
。（ａ）図のように撮動板７の厚さが薄い場合、印字中
、インク１２の一部はヘッドの前面にインク１２′のご
とくたまる。その影響で射出されたインク滴１３は内方
に曲がって飛ぶ。ぬれの程度によってインク滴１３の飛
行方向が変化するため印字品質上好ましくない。振動板
７の厚さは、圧電素子等によシ最適な値があり、余シ厚
くすることができない。したがって（ｂ）図のごとくへ
ンドの前面付近だけ振動板７′のごとく厚くすれば。

ノズル５付近のインク１２′の状態はぬれの程度にかか
わらずノズル５に直角な面を形成し、インク滴１３はノ
ズル６の方向に曲がらずに飛行する。

また（Ｃ）図のごとく基板１に溝部１′を設はインク１
２′がノズル３を中心としてヘッド前面を対称にぬらし
ているようにすれば、インク滴１５は曲がらずに飛ぶ。

このようにグラスチックの射出成形の有利さを生かして
基板や振動板の形状を特殊な形とし、コストの上昇なし
に特性を上げることができる。

第４図に本発明のインクシエンドヘッドのプリンタへの
取付けを示す。

２１は第１図の実施例で述べたインクシエンドヘッド、
２２は塩化ビニールのチューブ、２３は塩化ビニリデン
、あるいはポリエチレンなどのインクタンク、２４はイ
ンク、２５はゴム、２６はフレキシブル回路基板、２７
は振動数電極、２８は圧電素子電極、２９は止めネジ、
５０は紙送シローラ、５１は記録紙、５２ｕキャリンジ
、５５は案内軸である。

以上の構成において、キャリジ６２は案内軸５５に沿っ
て、図示されていない機構によ９第４図の紙面に垂直に
往復運動を行なう。往復運動に同期して紙送りロー５５
０によシ、記録紙６１は１ドツト分ずつ送られる。図示
されていない制御回路によりキャリジの位置に適した射
出信号がフレキシブル基板２６を介して圧電素子電極２
８゜蚕動板這極２７に印加さノ′してインクが射出され
、記録紙５１に記録される。このようにキャリジ３２と
紙送りローラ６０の動きによ！７ＴＶの走査線のように
インク滴のドツトによフ印字が行なわれる。インク消費
によシインクタンク２３内のインクが終了した時には、
止めネジ２９をゆるめ、ヘッド２１をインクタンク２５
、チューブ２２とともに新しいものと交換する。この方
式によれば。

インクタンクとヘッドとの結合のために空気がインク内
に混入することもなく、ノズルがインク凝固によりつま
っても容易に父換できる。もちろん止めネジのかわシに
、他のもつと容易なバネによる固定などの方法も考えら
れる。

第５図に本発明をさらに発展させた印字ヘッドの実施例
を示す。

基板５１は加圧室２、ノズ／Ｌ／　５　、供給路５が成
形されたヘッド部５２とインクを収納するタンク部５５
からなシ、射出成形により一体的に成形される。５４は
多孔質プラスチック族のフィルタで、図のように基板５
１上に配置する。５５は真空成形した合成樹脂フィルム
製のインク袋で、インクの蒸発、気体の侵入を防止する
ためエチレン酢酸ビニル共重体けん化物とポリエチレン
の積層フィルムである。基噂５１上にフィルタ５４を配
置し、板５６を溶剤によシ接着する。さらにインク袋５
５をタンク部５３に入れ周囲を熱融着で封止する。さら
に圧電素子８をヘッド部５２の底面に接着する。この例
では基板５１の方に圧電素子８をはって振動板としてい
る。また圧電素子８は加圧室２の各々に対し共通であり
、電極５７を各々の加圧室に対応するように分割しであ
る。インク注入孔５８からタンク部５３内にインクを注
入後。

注入孔５８を熱によシ溶融封止する。

第６図に、第５図に示したヘッドの、印刷装置への取付
けの概略を示す。タンク部５３に設けた切欠き６１がキ
ャリジ６２に設けた凸部６５にかみ合ってヘッドおよび
タンクの固定が行なわれる。

この時、電極５７および図示されていない共通４電極が
キャリジ６２上に設けられた接続電極６２に圧着され、
電気的接続が行なわれる。第４図に示したと同様に、キ
ャリジは軸３６に沿って移動し印字が行なわれる。第４
図と異なるのは、ノズルが４個あるため、キャリジの移
動ヌトロークが第４図の例にくらべ約１／４となること
である。

なおタンク部５３が剛体であるため、ヘッドおよびタン
クをキャリジに取付ける場合の取扱い性が良い。また万
一、ノズルが目詰りした場合や。

ヘッド内に空気が発生した場合インク袋５５を指で押せ
ば１得できる。またインク袋５５の形状を外側にふくら
むようにしておき、インク消費にともないインク袋内に
負圧が発生するようにしておけば、どのような姿勢でも
ノズ／Ｌ／　ｆＪｈらのインク流出を防止できる。

第５図、第６図で示した実施例では、ヘッドとインクタ
ンクを一体的に射出成形で作るため、部品点数が少なく
しかも信頼性が高く、取扱いの容易なインクジェット印
刷装置ができる。−なお第５図の実施例で、加圧室２．
ノズル３等を基板５１の方に成形しているが、これらの
流路を板５６の方に成形しても良い。またフィルタ５４
を別部品でなく射出成形によシノズル等と同時に作って
もよい。またインク袋５５のフィルムとしては１化ビニ
リデン、アルミ蒸着フィルム。

アルミ箔ラミネートフィルムなどでも用いられる。

しかしながらタンク内への空気の侵入を完全に防ぐこと
は難しい。そこでフィルタ５４をインクに対するぬれ性
の良い、たとえばポリビニルホルマール等で作れば、エ
アトラップとしての効果も持たせられ、万一タンク内に
空気が侵入してもヘッド内への空気の流入を防止できる
。さらに第７図のようにフイ・ルタ５４′を長くしタン
ク部５３内にたらしておけば、空気７１がヘッドの供給
部付近に充満したとしてもフィルタ５４′の毛細管力に
よりインクの補給力ができる。

なお圧電素子と振動板との接着は、！エポキシ系の接着
剤を用いることもできるし、合成樹脂であることを利用
して振動板の中に圧電素子を加熱うめ込みすることもで
きる。

また振動板上の導電膜は、メッキ、蒸着、スパツク等で
作ることができる。また金属箔を接着することもできる
。また振動板上の祷屯暎を作らず第８図のように圧電素
子８の両面に導ｉ％１８１．８２をハンダ付し撮動板７
に接着するなども考えられる。

以上述べたように１本発明によ才しは接着剤を使わずに
合成樹脂の基板を融着するため、ノズル封止かなく、射
出成形した１１の基板の而粗さでも完全なシールが行な
える。また部品点数も非常に少く安価にできる。特に透
明なグラスチックを用いれば接着部のｎ認が容易にでき
、検査工数の低減がはかれる。

このようにヘッドの製造コストが低下する７ヒめ、イン
クタンクと同時にヘントン交換することができる。２次
的にインクタンクのみの交換の場合のような空気のイン
゛り内への混入などの問題がなくなり、信頼性を上げる
ことができる。

上記の実施例では射出成形により製造したインクシエン
ドヘッドを示したが、熱間面押加工などの方法で製造す
ることも可能である。

なお上記の実施例では振動板と基板とは同一の合成樹、
脂を用いたが、ＡＢＳ樹脂とＡｓ樹脂のごとく極めて相
溶性の高い樹脂を基板および振動板として由いることが
できる。また、一般的に合成樹脂の縦弾性係数は低いた
め、圧電素子の径方向の変位による面に垂直な方向のた
わみは少ない。

これを改善するためガラス繊維入などの弾性係数の高い
ものを奈動数（および基板）につかうことも考えられる
。また高分子圧電材料を用い撮動板、圧電素子を兼ねる
ことも考えられる。

旬土述べたように１本発明によれば射出成形により加圧
室、ノズル、供給路、供給管などを一体成形することで
部品点数が低減するとともに、金属ヘッドのようなイン
クによるサビなどの問題が発生セす１組立も容易となる
。さらにインクタンクツインク終了時やヘン、ドの故障
時にインクタンクとヘッドを同時に交＃！するようにす
れば、タンクとヘッドの結合時の９気のインク内への混
入もおらず、信頼性のある印字を行なうことができる。

なお、本発明は、インクオンデマンド型以外のインクシ
エンドヘッドにも適用できる。

以上述べたような多くの利点があり、各稙フ゛リタン、
ブロック、ファクシミリ、複写機など多くの応用が考え
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、Ｍ２図は本発
明の他の実施例を示す平面図、第５図は第２図の実施例
のノズル付近の断面形状を示す図、第４図は第１図に示
したヘッドのプリンタへの取付けを示す仙ｊ面図、第５
図は本発明のさらに他の実施例を示す図、第６図は第５
図のヘッドのプリンタへの取付けを示す側断面図、第７
図は不発明の実施例を示す図、第８図は本発明における
圧電素子の電線の取出しの一例を示す図である。 １・・・基板　　　　　　　２・・・加圧室６・・・ノ
ズル　　　　　　５・・・供給路１２・・・インク　　
　　　　２１川ヘツド２３・・・インクタンク　　５２
・・・ヘット部５３・・・タンク部ｓ　ｓ−、、インク
袋６４川接続嵐極　　　　５４・・・フィルタ以　　　
上

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体インクをノズルから射出して記録媒体に記録
   を行なうインクジェット印刷装置において表面にノズル
   、加圧室、供給路等の一部を溝部として形成した基板と
   、該基板に積層された基板と前記２つの基板のどちらか
   に接着きれた圧電素子からなり、前記２つの基板はほぼ
   同じ材質の熱可塑性樹脂であり、かつ前記２つの基板の
   相対する表面の一部を溶融して接着し、２つの基板の間
   にノズル、加圧室等のインク流路が形成されていること
   を特徴とするインクジェットヘッド。
2. （２）基板が非結晶性プラヌチンクで成形されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のインクシエ
   ンドヘッド。
3. （３）基板がポリサル７オンであることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載のインクジェットヘッド。
4. （４）溶剤がベンジルアルコールであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載のインクシエンドヘッド。
5. （５）基板がＡＢＥＩであることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載のインクジェットヘッド。
6. （６）　ＡＢＳをジエチレングリコールモツプチルエー
   テルアセテートにドープしたドープセメントで接着した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のインクジ
   ェットヘッド。
7. （７）基板に使われている熱可塑性樹脂に適した有機溶
   剤によシ２つの基板の融着を行なうことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載のインクジェットヘッド。
8. （８）熱融着により熱可塑性樹脂製の基板を接着するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のインクジェ
   ットヘッド。
9. （９）基板全体が溶融変形する温度以下で、基板を積層
   加圧して接着することを特徴とする特許請求の範囲第８
   項記載のインクジェットヘッド。 ０＠　超音波奈動のエネルギで基板を接着することを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載のインクジェットヘ
   ッド。 θや　インク終了時、インクタンクとヘッドを同時に交
   換することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイ
   ンクジェットヘッド。