JPH05169651A

JPH05169651A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH05169651A
Application number: JP34534191A
Authority: JP
Inventors: Fujio Akaha; 富士男赤羽; Osamu Nakamura; 修中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 1993-07-09
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JP3255178B2

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電素子２２の変位を忠実かつ効率良くイン
ク室５に伝え、安定してインク滴を吐出させることと、
弾性板８と圧電素子２２を電気的に絶縁することによ
り、インク５１に電界が加わることを防止すると共に、
隣接する圧電素子２２をも絶縁して電気配線の自由度を
増すことを目的とする。【構成】インク室５の一部を形成する弾性板８を圧電
素子２２により変位させ、インク室５内のインク圧力を
高め、ノズル２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、前記弾性板８を金属薄板６と絶縁部
材７との積層構造で形成し、金属薄板６面をインク５１
に接し、絶縁部材７面を圧電素子２２と接合した構成か
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、印字信号に応じてイン
ク滴を吐出して、記録紙等の記録媒体上にインク像を形
成するオンデマンド型インクジェットプリンタの記録ヘ
ッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】印字信号に応じてインク滴を飛翔させ
る、いわゆるオンデマンド型インクジェットプリンタの
記録ヘッドは、大きく分けて３種類の形式のものがあ
る。その第１の形式のものは、インクを瞬間的に気化さ
せるヒータをノズルの先端に設け、インク気化時の膨張
圧力によりインク滴を生成、飛翔させる、いわゆるバブ
ルジェット型である。また、第２の形式のものは、イン
ク室を形成する容器の一部を電圧印加で変形する圧電素
子により構成し、圧電素子の変形で生じた容器内の圧力
によりインクを液滴として飛翔させるものである。さら
に第３の形式のものは、ノズルを備えたインク室に圧電
素子を設け、圧電素子の伸縮によりインク室のインク圧
を変化させてノズルからインクを液滴として飛翔させる
ものである。

【０００３】上記第３の形式のオンデマンド型インクジ
ェットヘッドは、特公平２−４５９８５号や特公平２−
５２６２５号に示されたように、一端が基台に固定され
た圧電素子の他端を、インク室を形成する容器の弾性壁
に、脚部を介して弾接させて構成される。前記同公報に
よると、予め弾性壁をインク室側にたわませている。こ
の状態から圧電素子を収縮させて弾性壁のたわみを戻
し、再び圧電素子を伸長させることでインク室のインク
をノズルから液滴として吐出している。この、予め弾性
壁をたわませる手段としては、脚部と弾性壁の間に粘弾
性部材を押し込む、脚部もしくは弾性壁に突起部分を設
けることが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】記録ヘッドの小型化、
高密度化を実現するには、圧電素子やインク室は小さく
せざるをえない。よって、圧電素子の変位量も小さくな
り、より効率良く圧電素子の変位をインク室に伝えねば
ならないことになる。そのために、弾性壁はヤング率が
小さいか、その厚さが薄い程好ましい。しかも、インク
室のインクがしみ出ない材質でなければならない。これ
らの条件を満たす材料としては金属性の薄板が適し、前
記公報でも一例としてステンレス鋼を挙げている。しか
し、前記公報の構成では、粘弾性部材や、突起部分の周
囲の弾性壁が少なからず圧力を吸収してしまう。その結
果、吐出されるインク滴の速度低下や、インク滴体積の
減少や、吐出応答周波数の低下を招く。更に前記公報で
開示されている構成は、脚部を軸受け部に線接触させて
支持する構造をとるため、ここでの損失も起こりうる。
また、弾性壁を予めたわませる構造は、特に複数のイン
ク室と圧電素子を並列する場合、たわみ量がバラつくこ
とによりインク滴の吐出特性が不安定になる可能性もあ
る。

【０００５】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、インク圧力損失の少
ない、インク滴の吐出が安定したヘッドを簡素な構成で
実現することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、弾性壁と圧電素子を
電気的に絶縁することにより、インクに電界が加わるこ
とを防止すると共に、隣接する圧電素子をも絶縁して電
気配線の自由度を増すことにある。

【０００７】

【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、インク室の一部を形成する弾性壁を圧電素子
により変位させ、インク室内のインク圧力を高め、ノズ
ル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、前記弾性壁を金属薄板と絶縁部材との積層構造か
らなる弾性板で形成したことを特徴とする。また、同弾
性板の金属薄板面をインクに接して、絶縁部材面を圧電
素子と接合したことを特徴とする。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の実施例の構成を示す斜視図で
あり、図２は実施例をより詳細に描いた部分断面図、図
３は実施例を下方より見た部分斜視図、図４は実施例を
真上より見た部分平面図である。尚、図４は構成部品を
上から順次剥いだ状態を示す。

【０００９】図１において、１は複数のノズル２が設け
られたノズル基板である。３はキャビティであり、ノズ
ル基板１と、金属薄板６と絶縁部材７とからなる積層構
造の弾性壁となる弾性板８とで挟まれて、リザーバ４と
インク室５を形成する。弾性板８、キャビティ３、ノズ
ル基板１はヘッドフレーム１１上に順次密着接合されて
いる。

【００１０】インク滴吐出の駆動源となる圧電素子２２
は、その長手方向の約半分の一面をを固定台２１に固着
され、固着されない半分の先端は弾性板８と接合してい
る。固定台２１には配線パターン２４が施され、リード
フレーム２５を介して、制御基板１３により制御された
電界を圧電素子２２に与える。１２はヘッドフレーム１
１内を貫通する取り付け穴で、圧電素子２２のＸ，Ｙ方
向の位置決め（図１のＸＹＺ座標参照）をするべく固定
台２１を支持する。尚、圧電素子２２のＺ方向は、ヘッ
ドフレーム１１に弾性板８を接合した後、圧電素子２２
の先端を弾性板８の絶縁部材７に当接して位置決めす
る。

【００１１】３１は図示せぬインク溜部からインク５１
を供給するインク供給管であり、ヘッドフレーム１１に
圧入接着されている。インク流路は、ヘッドフレーム１
１にあるインク接続口３２と弾性板８にあるインク連絡
口３３を経て、キャビティ３のリザーバ４、更にインク
室５と連通している。以上が概略構成である。

【００１２】更に図２に従って、構造について詳しく述
べる。圧電素子２２には正電極４１と負電極４２が対向
してもうけられ、正電極４１は固定台２１上の配線パタ
ーン２４に接合と同時に電気接続され、負電極４２は、
共通板２３により固定台２１上の配線パターン２４と電
気接続している。配線パターン２４と制御基板１３とは
リードフレーム２５で結ばれ、それぞれ接続箇所を半田
で固着している。尚、固定板２１は、圧電素子２２が弾
性板８の絶縁部材７に当接した状態でヘッドフレーム１
１に接着固定されている。

【００１３】一方、インク５１が充填されるインク室５
及びリザーバ４は、キャビティ３とノズル基板１と弾性
板８とで形成される。キャビティ３は、ガラスのエッチ
ング加工、金属薄板の積層、感光性樹脂の露光形成、樹
脂の射出成形等で作ることができるが、本実施例では、
コスト的に安価な感光性樹脂を用いている。キャビティ
３の上面を覆うノズル基板１は、プレス加工によって、
複数のインク室５にそれぞれ一つずつノズル２が開けら
れた、０．１ｍｍ程のステンレス鋼板からなる。ま
た、キャビティ３の下面を覆う弾性板８は、ニッケルの
電鋳加工法で５ミクロン以下の厚さに形成した金属薄板
６に、絶縁部材７として感光性樹脂を被覆した積層構造
をなす。圧電素子２２の伸縮をインク室５に効率良く伝
えるためには、この金属薄板６は、薄いほど好ましい。

【００１４】ここで金属薄板６を使用した理由は、フィ
ルム等の樹脂で代替しようとすると、５ミクロン程度の
厚さではインク５１がしみ出してしまい、インク５１が
導電性を呈する場合には、圧電素子２２の正電極４１と
負電極４２や制御基板１３にインク５１が付着して、電
気的にショートしてしまうからである。また機械的強度
も不足する故からである。上記理由から、金属薄板６を
フィルム等の樹脂で代替することができない。

【００１５】絶縁部材７は、正電極４１が金属薄板６と
接触し隣接する圧電素子が短絡することを防止する。ま
た、金属薄板６を通しインク５１に電界が加わり、イン
ク５１が経時的にイオン化して、信頼性の劣化を招くこ
とを防ぐ役割をしている。更に絶縁部材７は、以下に述
べる別の大きな役割を持つ。

【００１６】図４に示すように、圧電素子２２の断面形
状とインク室５の断面形状は、コスト面及び製造上の理
由から異なり、圧電素子２２がインク室５を加減圧する
際、Ｘ方向に変位できる弾性板８の長さ（イ）が短すぎ
ては、弾性板８を充分にたわませることができず、逆に
Ｙ方向に変位できる弾性板８の長さ（ロ）が長すぎては
弾性板８が発生する圧力を吸収してしまう。よって、圧
電素子２２の変位を効率良くインク室５に圧力伝達する
ために、長さ（イ）（ロ）を適切に確保できる中間部材
が必要となる。その役割を絶縁部材７がするわけであ
る。

【００１７】絶縁部材７は、金属薄板６にラミネートし
た後、紫外線を用いた露光成形により、図３に示す形に
作られ、絶縁部材７の島状部７ａに圧電素子２２の先端
が接合されている。島状部７ａは、図４に示すように、
インク室５の投影面より一回り小さく設計されており、
前記２つの役割をする。

【００１８】次にインク滴吐出動作について図２をもと
に説明する。印字信号に応じて制御基板１３からリード
フレーム２５、配線パターン２４を通じて圧電素子２２
の正電極４１と負電極４２とに電界を印加すると、電界
を印加された圧電素子２２は長手方向（同図上下方向）
に収縮しようとする。この時、圧電素子２２の下半分
は、ヘッドフレーム１１に保持されている固定台２１に
固着されており、収縮変位できない。一方、圧電素子２
２の上半分は、他の拘束を受けることなく収縮変位し
て、その収縮力により弾性板８を引張る。圧電素子２２
に引張られた弾性板８の金属薄板６が下方へたわみ、そ
の結果インク室５の体積が膨張する。インク室５が膨張
すると、リザーバ４からインク供給口３ａを通じてイン
ク５１が流入する。次いで、圧電素子２２の電界を解除
すると、圧電素子２２は元の長さに伸長してインク室５
を圧縮する。この圧力でノズル２からインク滴を吐出す
る。圧電素子２２の変位をインク室５に伝える弾性板８
の島状部７ａは前述したように、インク室５の投影面よ
り一回り小さいため、金属薄板６のたわみ部を残しつつ
インク室５をまんべんなく加減圧する。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、インクの染みだし
を防ぎつつその厚さを極めて薄くした金属薄板と、これ
と積層した絶縁部材とからなる弾性板により、圧電素子
の変位を忠実且つ効率良くインク室に伝えることができ
る。圧電素子の変位を効率良くインク室に伝えること
は、インク滴の吐出特性が安定するばかりでなく、記録
ヘッドの小型化、高密度化をも可能にする。また、絶縁
部材により弾性板と圧電素子とを電気的に絶縁すること
により、インクに電界が加わることを防止すると共に、
隣接する圧電素子をも絶縁するため電気配線の自由度が
増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示す斜視図である。

【図２】同上実施例の部分断面図である。

【図３】同上実施例を下方より見た部分斜視図である。

【図４】同上実施例を真上より見た平面図である。

【符号の説明】

１ノズル基板３キャビティ５インク室６金属薄板７絶縁部材８弾性板１１ヘッドフレーム２１固定板２２圧電素子５１インク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子によってインク室の一部を形成
する弾性壁を変位させ、インク室内のインク圧力を高
め、ノズル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、前記弾性壁を金属薄板と絶縁部材との積
層構造からなる弾性板で形成したことを特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項２】前記弾性板は、金属薄板面をインクに接
し、絶縁部材面を圧電素子と接合し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。