JPH02139242A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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、さらに詳細にはインクジェーットプリンタヘッ
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。

［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
よう配設された筺体と、該筺体に接合され少な（とも１
つ以上のノズル開口を有するノズル形成部材と、該ノズ
ル開口に対応して配置された前記ノズル開口近傍のイン
クにインク滴としての飛翔が可能な圧力を発生させる圧
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（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。

なお、ノズル形成部材の線膨張係数よりも筺体の線膨張
係数の方が高く環境温度を高温に変化させることにより
前記線膨張率の差を利用して前記ノズル形成部材に張力
を作用させるごとく構成してもよい。

なお、ノズル形成部材がニッケル、筺体がアルミニウム
で構成されてもよい。

なお、ノズル形成部材がニッケル、筺体がステンレス鋼
で構成されてもよい。

なお、ノズル形成部材は両端が筺体に固定された両持ち
梁構造であってもよい。

なお、ノズル形成部材は周囲全体が筺体に固定された構
造であってもよい。

なお、インクが常温では固相状態であってもよい。

［作用コ 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、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１６は
一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ｌｏ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。

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を持っ筺体２０はアルミニ
ウム、ステンレス鋼等の金属材料からなり、プラテン１
１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２２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矢視方間
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を両持ち
梁構造とする方法、およびア部、イ部、つ部、工部の四
方を固定し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
。ノズルプレート２１の背面にはスペーサ２３と圧力発
生手段である振動子２４と電気配線２５とゴム弾性を有
する弾性部材２６が筺体２０により挟持されている。振
動子２４は、圧電素子であるＰＺＴとニッケルやステン
レス鋼等の箔部材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、一端を筺体２０の剛性と弾性部材
２６の持つゴム弾性によりノズルプレート２１とスペー
サ２３と共に一定圧力で挟持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。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
。

また、ノズルプレート２１、振動子２４、スペーサ２３
を挟持した固定端部は、接着剤等により接合することも
可能である。ところで、複数の振動子２４をノズル開口
２２に対向させて列設させる場合、固定端部のみを共通
化した櫛歯状振動子構造を採用することも可能である。

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。

インク滴として飛翔させるためのインクは予備インク室
２７に収納されており、インク滴吐出に伴い順次振動子
２４を包含するインク保持手段内に供給される様に構成
されている。また、予備インク室２７は必要に応じて任
意に抜き差し取り替え可能なカートリッジ手段とするこ
とも可能である。予備インク室２７からインク保持手段
に通じる経路内にゴミ、紙ケバ等の侵入を防止するフィ
ルタ手段２８が設置されている。

次に動作について説明する。予備インク室２７からイン
クがフィルタ手段２８を経てインク保持手段内の振動子
２４およびノズル開口２２近傍に供給されて充たされる
。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圧電素子が収
縮し、一方間性の高い箔部材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２ｏ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Ｉ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２１
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。

ノズルブレー）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ト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、振動子２４の固定端をゴム弾性または
バネ弾性で挟持した場合、スパンの長い両持ち梁に集中
荷重もしくは分布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、工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（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づ必要があ
る。

第３図も本発明の一実施例であり、常温では固相状態に
あるインク、すなわち、ホットメルトインクを用いた場
合の実施例を示す断面図である。

本実施例は第２図に示した実施例と比較して、ホットメ
ルトインクを溶融させるためヒータ３３を圧力発生手段
近傍の筺体２０′、上に設置している点、および、圧力
発生手段を包含したインク保持手段の１部として、板状
部材２９．３０，３１を設置している点、および、イン
ク保持手段内にインクレベル検出装置３２を設置した点
が異なる。

動作について説明すると、動作開始時はヒータ３３を駆
動しヘッドを加熱する。ヘッドはヒータ３３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、インク単位
体積当たりに接触している板状部材２９．３０．３１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。

次にヘッド内部のインクレベル検出装置３２によりヘッ
ド内に残留する液体状のインク量が所定量以下であるこ
とを検知するとインク補給要求が出力される。固体イン
ク受は部に供給されたインク塩（図示せず）は板状部材
２９．３０．３１に直接接触する。板状部材２９．３０
．３１はヒータ３３により形成された熱エネルギーが筺
体２０′を経て伝導供給されているため、速やかにイン
ク塩の溶融を開始する。液化したインクは板状部材２９
．３０．３１が形成する狭隙の毛細管力により吸い込ま
れ保持されインクレベルが上昇する。

ところで、狭隙において発生する毛細管力よりもノズル
開口２２′において発生する毛細管力の方が強力なため
に、インク滴吐出動作に伴い次第にインクを消費する。

本実施例では、ヘッド動作温度が６０℃以上であること
からノズルプレート２１′と筺体２０′′との接合を常
温下で行うだけで、動作時ノズルプレート２１′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２４′固定方法
としては、ノズルプレート２１′、振動子２４′、スペ
ーサ２３′を接合することな（一定圧力で挟持した構成
を採れば、ノズルプレート２１′、振動子２４′スペー
サ２３′、筺体２０’の線膨張率の相違の影響を各部材
の滑りにより吸収し、ソリ、曲がり、ネジレ等が発生せ
ず、形状精度が安定したインク滴吐出特性が良好なヘッ
ドが得られるという効果を有する。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の上記構成によればノズルプレ
ートが張力を発生するごとく筺体に対して接合されてい
ることにより、簡単な構造でノズルプレートと振動子の
微小な空隙を高精度に設定管理することが可能となりイ
ンク滴吐出特性の良好な安定した、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３図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。 ２９、 インクジェットヘッド インク供給装置 筺体 ノズルプレート ノズル開口 振動子 ３０．３１　　板状部材 インクレベル検出装置 ヒータ 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 ２０匡イ本 第２図 第２図 ２２　ノ　又−ルルへロ ア０°記桓賦 第３図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録媒体に対向するよう配設された筺体と、 該筺体に接合され少なくとも１つ以上のノズル開口を有
   するノズル形成部材と、 該ノズル開口に対応して配置された前記ノズル開口近傍
   のインクにインク滴としての飛翔が可能な圧力を発生さ
   せる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。
2. （２）ノズル形成部材の線膨張係数よりも筺体の線膨張
   係数の方が高く環境温度を高温に変化させることにより
   前記線膨張率の差を利用して前記ノズル形成部材に張力
   を作用させるごとく構成されたことを特徴とする請求項
   １記載のインクジェットヘッド。
3. （３）ノズル形成部材がニッケル、筺体がアルミニウム
   で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２
   記載のインクジェットヘッド。
4. （４）ノズル形成部材がニッケル、筺体がステンレス鋼
   で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２
   記載のインクジェットヘッド。
5. （５）ノズル形成部材は両端が筺体に固定された両持ち
   梁構造であることを特徴とする請求項１または請求項２
   記載のインクジェットヘッド。
6. （６）ノズル形成部材は周囲全体が筺体に固定された構
   造であることを特徴とする請求項１または請求項２記載
   のインクジェットヘッド。
7. （７）インクが常温では固相状態であることを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載のインクジェットヘッド
   。