JPH03277551A - インクジェットプリンタ用のヘッド - 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、圧電振動子を選択的に駆動してノズルプレー
トとの間に位置するインクを対応するノズルからインク
清としで飛翔させて記録媒体上に記録像を形成する形式
のインクジェットプリンタ用のヘッドに間する。

（従来技術） インク液中に浸漬させた複数の圧電変換体を選択的に駆
動し、ノズルプレートとの間のノズルキャップに介在す
るインク液を加圧してこれを該当するノズルからイシウ
滴として飛翔させて記録媒体上に記録像を１込む形式の
インクジェットプリンタは特公昭６０−８９５３号公報
に開示されでいる。この形式のプリンタは、インク加圧
室やインク流路を設ける必要かないためヘッドをきわめ
て小型に形成することができるとともに、ノズルキャッ
プを可能な限り小さくしてイシク滴を効率よく吐出させ
ることにより、書込みｊこ要する消費電力を大巾に抑え
ることができ、ざらには、加熱しで液相に変わるホット
メルトインクを使用することによって、記録媒体上にに
じみのない記録像を形成することかできるなどの利点を
有しでいる。

しかしながら、反面においでこの種のプリンタヘッドに
は圧電板と金属板とを積層した圧電変換体か使用される
関係上、この圧電変換体は構成素材の各線膨張係数の違
いから温度の影響を受けてバイメタル状に大きく変形し
易く、このため、製造過程で加熱溶融させた接着剤をも
っで圧電変換体の基部とノズルプレートを接着固定させ
ると、その際の熱によって個々の圧電変換体かそれぞれ
大きく変形し、これかもとて常温に１帰させてもインク
の吐出特性に影響をもつノズルキャップかそれぞれの間
で大きくバラついてしまうという組付は上の問題を有し
てあり、また、通常の液体インクを使用するものでも、
０℃から４０°Ｃの使用温度領域で圧電変換体が変形す
るため、インクの吐出特性が変わって記録像か温度によ
つ影響されるといった問題か生じる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、温度の変化に係わりなく常に圧電変換
器とノズル形成部材との間隙を各振動子間で一定に維持
して良好な記録像形成を可能にする新たなインクジェッ
トプリンタ用のヘラトラ提供することにある。

（課題を解決するための手段） すなわち、本発明はかかる課題を達成するためのインク
ジェットプリンタ用のヘッドとして、圧電変換手段とノ
ズル形成部材を固定する接着部位を、圧電変換手段の振
動支点から少なくとも圧電変換手段か熱応力を受けた際
に生じる応力集中領域を超える以上の距Ｍを隔ててその
後方基端部寄りに位Ｈさせるようにしたものである。

（作用） このように構成したことにより、組付けの際に作用する
熱応力によって圧電変換手段の内部に応力集中か生して
も、これをその後方に作用する接着固定応力により分散
させて圧電変換手段の個々の変形を抑え、インクの吐出
特性を左右するノズルキャップのバラつきをなくすとと
もに、圧電変換手段が温度の変動を受けで撓む量を可及
的に抑えて、常に安定した印字品質を保つ。

（実施例） そこで以下に図示した実施例について説明する。

第１図は本発明の基本的なインクジェットヘッドを示し
たものであり、また第２図はこのヘッドを装着したプリ
ンタの一例を示したものである。

図において符号１は本発明の特徴部分をなすインウジエ
ツトヘッドで、このヘッド１は、プラテン３の周面に沿
ってその軸方向に往復動する主ヤリッジ２に担持されて
、記録媒体Ｓ土に記録情報に応じた記録像を書込むよう
に構成されでいる。

このインクジェットヘッド１は、内部にインクを収容す
るケージジグ１１と、その内面に固定されたヘースプレ
ート１２と、圧電振動子１５との電気的接合とその支点
を兼ねた金属性の支持体１３と、その土に接着剤］４を
介して基部か固定された多数の圧電振動子］５と、これ
らの圧電振動子１５の基端部を支持体１３との間で挟持
固定するノズルプレート１７とによって構成されており
、特にこのノズルプレート１７は、後述するよりにノズ
ルキャップ６を形成する機能を持つ接着剤１６により、
支持体１３の前端Ｒ１３ａより距Ｍｄだけ後方に位置す
る部分を支えることによって、圧電振動子１５を支持す
るように構成されている。

なお図中符号１７−ａは各圧電振動子１５の自由端に対
向して設けられたノズルプレート］７上のノズルを示し
でおり、また１９はリード線を示しでいる。

ところで上記した圧電振動子１５は、その基端を支持体
１３の前端縁１３ａにより支持された片持梁８なし、か
つ積層構成体としての金属薄板１５ａと圧電セラミック
１５ｂとかそれぞれ異る線膨張係数を有しでいるため、
温度の変化に伴ってバイメタル状に変形する。

この変形は、圧電振動子１５の支点から自由端に均等応
力σ、したがって均等曲げモーメントＭが作用する片持
梁として考えることかできるから、第３図（ｂ）に示し
たように、基端を単純に支持した片持梁の場合には、圧
電振動子の基端部と、ノズルと対向する近傍、つまり片
持梁の自由端部における最大モーメントＭ’　ｍａｘと
最大タワミｆｉＹ’ｍａｘは、 Ｍ’　ｍａｙ　＝Ｍ　　　　　　　　　　・・・・■と
なる。

しかし上述したようにこの圧電振動子１５は、その後方
つまり支点を挟んで距Ｍｄだけ隔てた点をノズルプレー
ト１７により挟持固定されて、初期カウンタウェイトＷ
が作用した状態となるため、第３図（ａ）に示したよう
に、その支点部分に作用する最大モーメントＭｍａｘは
、〜部がカウンタウェイトＷにより Ｍｍａｘ　＝Ｍ＋Ｗｄ　　　　　　　　　・−−−■と
なる。

Ｗによる梁のタワミ曲線の２階微分は、曲げモーメント
に比例する。したがって支点部の傾きは、曲げモーメン
トの１階積分に比例するから、定数Ｋを用いて、支点部
の傾きは、 Ｗｄ２ ＥＩ と表きれる。

これに伴って、自白端での最大タワミ鳳Ｙｍａｘは となる。

第３図（ａ）のモデルにおいては、力の釣合条件は、必
ずしも満たされていない、これは上記モデルの目的か、
初期カウンターウェイトＷの効果か距Ｍｄに影響される
ことを説明することであり、簡単のために単純化したモ
デルによって説明しでいるためである。笑際の場合は、
支点後方の梁部分に変形量に依存する反力、曲げモーメ
ントを伴なう拘束等が作用するか、ここでは無視しでい
る。

したがって、基端を単純に挟持した圧電振動子と、ある
距Ｍｄを隔てた側に初期カウンタウェイトＷを作用させ
た圧電振動子とでは、熱歪によって生じる自由端の最大
タワミ量の差は となり、圧電振動子１５の素材に基づくコワざを別にす
れば、圧電振動子］５の挟持固定点を支持体１３の前端
Ｈ１３ａより離せば離すほど、自由端のタワミ鳳を２乗
に比例させて減少させることかできる。

このことは、２５０℃で加熱し溶融した接着剤１６をも
って圧電振動子１５の基端をノズルプレート１７に固定
した際に、個々の圧力振動子１５が異なる熱歪を生じて
も、基端に作用する押圧力、つまり初期カウンタウェイ
トＷによってこの熱歪を打消すことができ、常温に復帰
させた際にこれらの各圧電振動子１５（こ等しいノズル
キャップを与えることができることを意味し、また液体
インクを使用する場合の４０”Ｃ程度の室温変動に対し
ても圧電振動子］５の変形を殆ど０に抑え得ることがで
きることを意味する。

線膨張係数が２．９ｘ　１０−’（１／Ｋ）　で肉厚が
５０ｕｍのインバーと、線膨張係数が４　ｘ　１０−’
（１／に）で肉厚が１００μｍのピエゾとを積層した長
さが２ｍｍの圧電振動子を用い、これを２５０℃に加熱
してその基端をノズルプレートに接着し、ついで１５０
℃に加熱したホットメルトインク内で作動させた場合を
想定して、これに）００℃の温度変化を与えて実験を行
ったところ、第４図に見られるように、支持体１３の前
端縁１３ａから圧電振動子１５の固定点までの距離ｄを
大きくするほどノズルギャップ６の変動を小さくするこ
とができ、距離ｄを０．５ｍｍ以上にした場合には温度
が変化した場合のｄによる影響を殆どＯにできることが
判った。

また一方、圧電振動子１５は、熱応力を受けた際に、支
点つまり支持体１３の前端縁１３ａと当接する部分に大
きな応力集中が生じるが、基端部の固定位置を応力集中
領域より後方にずらすことによって、第５図のシュミレ
ーションに見られるように圧電振動子１５の内部に作用
する応力集中を分散させてその変形を可及的に小さく抑
えることができることも明らかとなった。

なお以上は、熱歪ｔこよつ圧電振動子１５がノズルプレ
ート１６からＭＭする方向に変形する場合について述べ
たものであるが、金属薄板１５ａと圧電セラミック１５
ｂの線膨張係数の大小あるいはこれらの積層１百の如何
によっては、熱歪により圧電振動子］５かノズルプレー
ト１６に近接する方向に変形する場合もある。しかしこ
のような場合においても接着剤１６の粘着力かカウンタ
ウェイトＷと同し働きをなしで圧電振動子］５の基端部
を引上げることになり、上述した場合と同様の作用をも
たらす。

第６図は上述した理論をもとに構成された本発明の具体
的な実施例を示したものである。

図において符号２２は、ステンレス鋼よりなるヘースプ
レートで、この上には、ポリイミド樹層等よりなる回路
基板としての絶縁層２２ａか一体的に設けられている。

２３は圧電振動子２５への選択的な通電とこれの支点を
兼ねた支持体で、この支持体２３は、′ｆ！！縛層２２
ａの土にフォトリンにより精とにエツチングされた導電
性の回路パターンとして形成されている。特にこの支持
体２３は、圧電振動子２５の支点として機能させるため
に、この前Ｒ２３ａはエツジ部として高精度に成形され
であり、またその高さは、接着剤２４のたれか生しても
圧電振動体２５の有効長か影響されることかないよう十
分な高さをもって形成されている。したかってこの支持
体２３は、その上に施す接着剤２４の厚みとの観点から
その高さか決定され、別表に示したように少なくとも接
着剤２４の厚み以上の高さか要求されることになる。

表１ ◎・・・・非常に安定しでいる △・・・・悪い場合がある Ｘ・・・・安定しでいない ２５は、導電性粒子２４ａを混入した接着剤２４を介し
て上記した支持体２３上に固定された棒状をなす多数の
圧電振動子で、これらの振動子２５は、鉄ニツケル合金
よりなる金属薄板２５ａと、ヒエゾなどの圧電体２５ｔ
）と金等の金属薄膜２５ｃとからなる三層構成をなして
いで、金属薄膜２５ｃ、２４ａを介して支持体２３と電
気的な導通を図るように構成されている。

２７はギャップ形成用の粒子２６ａｕ混入した接着剤２
６を介してこれらの圧電振動子２５の上に一定のノズル
キャ・ンブ６を設けて配設されたノズルプレートで、こ
のノズルプレート２７には、各振動子２５の自由端に対
向するようにして各数のノズル２７ａ・・・・か列設さ
れあり、またその基端部側内面には、支持体２３の前端
ｆ（２３ａから距離ｄを隔てた後方、かつこの前端Ｒ２
３ａと平行に一条の溝２８が凹設されでいで、圧＠振動
子２５の基端部側から供給した接着剤２６をこの溝２８
により流れを食止めで、圧電振動子２５の基端部にカウ
ンタウェイトを付与するようにしてこの部分をノズルプ
レート２７の内面に撞着固定するように構成されている
。

この実施例にあける圧電振動子２５は、高精度に形成さ
れた支持体２３の前端Ｒ２３ａを支点として正確な振動
が確保され、またこの振動子２５（よ、ノズルプレート
２７の溝２８の部分でメニスカスを形成しで位置決めさ
れた接着剤により、支持体２３の前端縁２３ａがら距ｔ
ｌｉｌｄだけ離れた後方に温度の変化を受けることなく
正確に固定される。

第７図に示した実施例は、支持体３３の前端縁３３ａ後
方に距Ｍｄを隔てて接着剤３６の前縁を位置決めする他
の手段についで示したものである。

すなわちこの実施例は、圧電振動子３５の最上層に位置
する金属薄板３５ａを基端部分で削り取って、この部分
８接着剤３６の流動を抑える溝３８として構成したもの
である。

これにより、加熱流動状態となした接着剤３６を支持体
３３の前端縁３３ａより所定の距離ｄをおいた後方でせ
き止めて、この位置で圧電振動子３５８ノズルプレート
３７の下面に正確に固定する。

（効果） 以上述べたように本発明によれば、圧電変換手段とノズ
ル形成部材との間の接着固定部位を、圧電変換手段の支
点部分に主しる応力集中領域の後方に位置させるように
し１ごので、組付けの際に作用する熱応力によって圧電
変換手段の内部に応力集中か生しても、これをその後方
に作用する接着固定応力により分散させることができ、
これらの圧電変換手段の個々の変形を抑えで、インクの
吐吊特牲を左右するノズルキャップのバラつきをなくす
ことかできる。

しかも、接着固定部位を振動支点より後方に位Ｈさせて
その部分に接着固定応力を作用させるように構成したの
で、圧電変換手段か温度の変動を受けて撓むｔを可及的
に抑えることができて、常に安定した印字品質を保つこ
とかできる。

ざらに、ノズル形成部材の内面もしくは圧電変換手段の
対向面に接着剤の位置決め溝を設けたので、圧電変換手
段の後端部から供給した液状の接着剤を所定の距ｌｌ１
１たけ離れた支点位置後方１こ正確に位置決めすること
かできて、ヘッド相互の間の印字特性のバラつきをも同
時に抑えることがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的なインクジェットヘッドを示し
た構成図、第２図はこのへ・ントを備えたインクジェッ
トプリンタの一例を示した図、第３図（ａＸｂ）は本発
明に係るものと従来のものとの対比をもっで示した圧電
振動子への荷重と、これに作用するモーメント及びタワ
ミについでの説明図、第４図は支点からの接着固定間距
離とノズルプレートとの間隙との関係を示した図、第５
図は圧電振動子に圧しる内部応力を示した図、第６図（
ａＸｂ）は本発明の一実施例をなす装置の上面図と側面
図、第７図は本発明の他の実施例を示した側面図である
。 ］・・・ヘッド　　　　　　　２・・・キャ１ノッジ３
０９．プラテン　　　　　　１２・・・ベースプレート
１３、”２３．３３・・・支持体 １３ａ、２３ａ、３３ａ・・・前端縁 ］５．２５．３５・・・圧電振動子 １６．２６．３６・・・接着剤 ］７．２７．３７・・・ノズルブレー ２８．３８・・・溝 ｄ・・・支点と接着固定点間の距離 ６・・・ノズルキャップ ト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ノズル形成部材の背面に狭い間隙をおいて配設した
   複数の圧電変換手段を選択的に駆動して該間隙内に位置
   するインクを対応するノズルからインク滴として記録媒
   体上に吐出させる形式のインクジェットプリンタ用のヘ
   ッドにおいて、上記圧電変換手段と上記ノズル形成部材
   を固定する接着部位を、該圧電変換手段の振動支点から
   少なくとも該圧電変換手段が熱応力を受けた際に生じる
   応力集中領域を超える以上の距離を隔ててその後方基端
   部寄りに位置させたことを特徴とするインクジェットプ
   リンタ用のヘッド。 ２、上記ノズル形成部材の内面で、かつ上記圧電変換手
   段の振動支点から上記距離を隔てたその後方に、上記ノ
   ズル形成部材と上記圧電変換手段とを固定する接着剤の
   前縁位置決め用の溝部を上記支点の縁と平行に形成した
   ことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリン
   タ用のヘッド。 ３、上記ノズル形成部材の内面と対向する上記圧電変換
   手段の一面で、かつ上記圧電変換手段の振動支点から上
   記距離を隔てたその後方に、上記ノズル形成部材と上記
   圧電変換手段とを固定する接着剤の前縁位置決め用の溝
   部を上記支点の縁と平行に形成したことを特徴とする請
   求項１記載のインクジェットプリンタ用のヘッド。