JPH02277641A - 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〕 本発明は常温で固体のインク（ホットメルトインク）を
溶融し液体状態で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、更に詳細には同装置に用いられるイン
クジェットプリンタヘッドに関する。

〔従来の技術〕

従来のホットメルトインクを用いたインクジェット記録
装置では紙種対応性が高く、休止時のインク蒸発がなく
目詰り等の発生がない装置が実現できるというメリット
を有する。この装置に用いられるインクジェットヘッド
の構造としては複数のノズル開口を有するノズル形成部
材、ヒータ、圧電変換器、インク槽を有し、上記ノズル
形成部材を圧電変換器等ヘッドを構成する部材と一体化
して構成された。（ＵＳＰ４６３１５５７．実用新案公
開公報　昭和５６−４１６５２） 〔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異なる
熱膨張率を有する構成部材がインク溶融のため必然的に
経験する温度変化によって熱応力を生じ構成部材が変形
して安定した特性確保上必要な精度確保が困難になった
り、さらには構成部材の損傷を生ずる等高い信頼性が実
現できないという問題点を有していた。

本発明の目的は上記問題点を解決して温度変化に伴う熱
応力の発生を解消し、その結果安定した特性を実現し、
高い信頼性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複数のノズル開口を有
するノズル形成部材と圧電変換器と加熱手段を有し、 常温で固体のインクを上記加熱手段で加熱液化し、該ノ
ズル形成部材と該圧電変換器の間に該インクを充たし上
記圧電変換器によって吐出させる如く構成されたインク
ジェットヘッドにおいて、上記ノズル形成部材が、これ
を支持する支持部材に対して案内されてて相対変位可能
に支承されていることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の上記構成ではノズル形成部材が他の部材に対し
て相対変位可能に支承されているため膨張、収縮が自在
であり熱応力が解放される。高い寸法精度が必要で、液
体インクを吐出させるため高温度に保持される上記ノズ
ル形成部材に熱応力が発生しないため寸法精度確保、応
力軽減が図れる。

〔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。同図において記録紙１ｏはプラテン１１に捲き回さ
れ送りローラ１２．１３によって押圧される。ガイド軸
１４．１７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１６が搭
載されて構成される。インクジェットヘッド１６は独立
にインク滴を噴出制御可能な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１０上にインク像を形成する。

記録紙１０はプラテン１１、送りローラ１２．１３の回
転により走査方向と直交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図に本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の断面を示す。ベース材２５、圧電変換器２１、スペー
サ２３が予め固定されその上にノズル形成基板２２とこ
れを案内するノズル形成基板支持板３０が固定されユニ
ット化され変換器ユニット３１を構成し、さらに配線２
７が施される。

さらにヘッド内のインクを融解し融点以上の定温に保つ
ためヒータ２６をフレーム２０上に有する。

ヒータ２６は接着材を用いて固定される。圧電変換器２
１はＰＺＴよりなる圧電材層３５の片面にＡｕ薄層より
なる電極層３３とこの反対面にＮｉ薄層よりなる金属層
３４を有する多層構造の振動子からなる。

第３図（ａ）、（ｂ）に変換器ユニット３１とその周辺
部の構成を示す。第２図と同一の部材には同一の番号を
付す。第３図（ａ）で前述の振動子を構成する多層板４
０とベース材２５、スペーサ２３、永久磁石２８を耐熱
性を有する接着剤等で一体に接合する。その後第３図（
ｂ）に示すようにダイシング加工により複数の溝４１を
いれて各振動子４２を形成してそれぞれ独立に駆動可能
な複数の振動子を有する圧電変換器２１を構成する。溝
４１はベース材２５まで及ぶ深さとすることで相互干渉
のない複数個の片持ち梁状の振動子が形成できる。ベー
ス材２５は電気接続される電極パターン４３が上面に施
された絶縁体くガラス、セラミック等）が用いられる。

さらに外部の駆動回路と接続するために第２図に示すよ
うにベース材上の電極パターン４３と対向する位置に対
応する配線パターンを有するフレキシブル基板の配線２
７が接合される。各振動子２１とも共通電位に保つため
の電極は上述の面と反対側の金属層３４の面にスペーサ
２３を接合する際に電気接続されて配線される。

ノズル形成基板２２は第４図に示すように複数のノズル
２４を有するニッケル薄板から構成されこの外形縁部を
覆うノズル形成基板支持板３０で案内され支持されてノ
ズル形成基板ユニット２９を構成する。変換器ユニット
３１はフレーム２゜に対しフレーム上に立てられた一つ
の位置決めピン（図示せず）と穴４４で位置決めされ別
の穴４５を用いてねじ３２によりねじ止めされて固定さ
れる。さらに変換器ユニット３１の上にノズル形成基板
ユニット２９をピン４６．４７を用いて相対位置を保っ
て耐熱性接着材等で固着する。ピン４６．４７に対応す
るノズル形成基板支持板上の穴の一方は長円形穴４８で
あるため穴４９を基準に一端で位置決めされる。

次に動作を説明する。印刷動作開始時はまずヒーター２
６に電力が供給されてヘッド内のインク３３が溶融液化
する。本実施例の場合ワックスを主成分とした固体イン
クが用いられ吐出特性との関係から所望の粘度を有する
１００ないし２００゜Ｃの所定温度に保持される。配線
２７を介して振動子２１の両側に形成された電極層３３
と金属層３４との間に電圧を印加することによりこの間
の圧電材層３５が収縮し一方金属Ｍ３４は収縮しないた
め曲げモーメントが生じ振動子２１の先端は厚さ方向に
変位する。次にこの電圧を解除すると振動子の弾性的な
復元力により変位し発生する圧力でノズル２４からイン
クが吐出する。

上記説明から明らかなようにインクの吐出動作時はヘッ
ドを高温に加熱、保温するため常温との間の温度差のた
め熱膨張率の異なる部材が一体化されていると熱応力が
生ずる。上記本実施例の構成では熱応力は下記のように
解放される。アルミからなるフレーム２０は膨張率が大
きく変換器ユニット３１は小さいが両部材間の相互位置
ずれ量は微小である。例えばねじ、ピン間すなわち穴４
４．４５間の距離が４０ｍｍ、熱膨張率がアルミ、では
２３Ｅ−６／’　Ｃ（Ｅ−６は十の一６乗を表すとする
）、変換器ユニットとしてＰＺＴの値を用いて１．８Ｅ
−６／’　Ｃ１とすると温度差２００°Ｃの時両端で生
ずる寸法差は１７０μｍと計算される。この量が微小で
あるため一方をピンで位置決めされ他方ねじ止めで行う
本構成ではねじの弾性変形で吸収される。従って変換器
ユニットには過度の外力が加えられることなく変形も生
じない。変換器ユニット内の熱応力発生を低減するため
変換器ユニット３１を構成する各部材はほぼ同一の熱膨
張率を有することが望ましくこの観点から材質を選択す
る必要がある。本実施例ではペース材２５をガラスまた
はセラミック、圧力電気材をＰＺＴ、金属層３４を低熱
膨張率金属であるインバー、スペーサ２３をインバー、
ノズル形成基板はインバーで構成しているため上記条件
を満たしている。

一方振動子とノズル形成基板間はインク吐出特性確保の
上から微小な寸法を亭精度に管理する必要がある。例え
ば本発明者らの実験によれば、０゜１　、ｍ　ｍ厚の振
動子を用い、ノズル形成基板との間隙が、インク粘度に
応じて５ないし４０μｍの所定値にシン９１０μｍ程度
に管理する必要がある。

またインクの受ける流体抵抗を低減するためにノズル形
成基板は３０ないし１５０μｍの厚さである。ところが
上述のノズル形成基板の厚さの制約、スペースの制約等
から各部材の強度や寸法に限界があり上述のようなねじ
構造が取れない。そのため各部材にかかる外力がより正
確に管理され寸法変化のない方法で熱応力解放を行う必
要がある。

またノズル形成基板は微小なノズルを通常は多数個形成
する必要があるため用いられる材質、加工方法に制約が
ある。例えばニッケルの電鋳加工等が採用される。本実
施例の構造ではノズル形成基板支持板にノズル形成基板
が係合し案内されていて相対変位可能に支持されている
。両者が相互に相対変位可能であるためノズル形成基板
が膨張しても応力が解放される。この構成ではニッケル
のように変換器ユニットと異なる熱膨張率を有する材質
を用いた場合でも、特性確保の上から高い精度に寸法管
理の必要なノズル形成基板と変換器ユニットを構成する
振動子との間の間隙が高精度に管理される。尚ノズル形
成基板支持板へのセットは低温時ノズル形成基板の収縮
時に行うことでできる。ノズル形成基板支持板を分割構
造としてセット？＆一体化するごとく構成してもよい。

〔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温度変化に
より生ずる応力を開放する構造によって、特性安定化の
ために高精度に管理する必要のあるノズル形成基板と振
動子の空隙が安定して保たれ、関係部材に大きな応力を
生ずることなく変形、破壊を防ぎ、その結果安定した特
性を実現し、高い信頼性が実現できるという効果を有す
る。

また相対滑りを許容する構成とすることにより熱応力発
生がないため材質選択の範囲が広く、加工性の良い材料
を用いることができるという効果も有する。さらに高温
動作が可能になりインク選択の範囲が拡がるという効果
も有する。

【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ヘ
ッドを具備したプリンタの斜視図。 第２図は本発明による一実施例を示すインクジェットヘ
ッドの断面図。 第３図（ａ）は本発明による一実施例を示すインクジェ
ットヘッドの圧電変換器周辺部の製造工程を示す斜視図
、（ｂ）は変換器ユニットの斜視図。 第４図は本発明のインクジェットヘッドに用いられるノ
ズル形成基板とノズル形成基板支持板の斜視図。 ２１　圧電変換器 ２２　ノズル形成基板 ２４　ノズル ２５　ベース材 ２６　ヒータ ２９　ノズル形成基板ユニット ３０　ノズル形成基板支持板 ３１　変換器ユニット ４２　振動子 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 ７６：イ〉り：／１′丁・Ｊへット°“２４　ノズル ２５：ベース着 第１図 第２図 第３ ７にル遁り八１−坂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のノズル開口を有するノズル形成部材と圧電変換器
   と加熱手段を有し、 常温で固体のインクを上記加熱手段で加熱液化し、該ノ
   ズル形成部材と該圧電変換器の間に該インクを充たし上
   記圧電変換器によつて吐出させる如く構成されたインク
   ジェットヘッドにおいて、上記ノズル形成部材が、これ
   を支持する支持部材に対して案内されて相対変位可能に
   支承されていることを特徴とするインクジェットヘッド
   。