JPH08300647A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動板と圧電素子、或いは振動板とホルダー
を接着する接着剤に、硬化した接着剤より高弾性率の微
粒子及び／或いは所定硬さで均一な大きさの微粒子を混
入したインクジェットヘッドに関し、発生力を有効に利
用して振動板を駆動でき、噴射特性が向上し、均一化で
きるインクジェットヘッドを提供する。 【構成】 インク６の粒子を噴射するノズル孔９を形成
したノズル板12と、ノズル板12に所定距離をおいて対向
する振動板15と、ノズル板12及び振動板15を接続して圧
力室13を形成する壁部材14と、振動板15に接着され、振
動板15を駆動させる圧電素子８とを少なくとも１組備え
たインクジェットヘッドであって、振動板15と圧電素子
８を接着する接着剤18に、硬化した接着剤18より高い弾
性率を有する材料で形成された第１の微粒子19及び／或
いは所定硬さを有する材料で均一な大きさに形成された
第２の微粒子20を混入した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タのインクジェットヘッドに関し、特に振動板と圧電素
子、或いは振動板とホルダーを接着する接着剤に、硬化
した接着剤より高弾性率の微粒子及び／或いは所定硬さ
で均一な大きさの微粒子を混入したインクジェットヘッ
ドに関するものである。

【０００２】近来、印字媒体にインクの微粒子を直接吹
きつけて記録するインクジェットプリンタが、印字媒体
に対する制限がなく、且つ高速度印刷、低騒音であり、
カラー化が容易であることから急速に普及しつつある。

【０００３】このインクジェットプリンタのインクジェ
ットヘッドは、例えば、ノズル孔を有するノズル板、壁
部材及び振動板で圧力室を形成し、インクを満たした圧
力室に振動板を介して圧電素子の電気歪みによる変位に
よって圧力を与えてノズル孔からインクを噴射してドッ
ト印字を形成するものである。

【０００４】振動板と圧電素子間、及び振動板の縁とホ
ルダーは夫々接着剤で接着しており、接着剤の弾性率が
低いために駆動時に接着層が伸縮し、圧電素子の発生力
を接着層で消費し、インク噴射の効率を低下させてい
る。また、接着層の厚さが均一でないために伸縮量にバ
ラツキが発生してインク粒子の飛翔にバラツキが生じて
いるので、これらを解決する方法が望まれている。

【０００５】

【従来の技術】図４にインクジェットプリンタの概要を
示す。図に示すように、インクジェットヘッド（以下印
字ヘッドという)1を搭載したキャリア２にガイドシャフ
ト３が嵌合し、また、プーリP1,P2 に掛けられたタイミ
ングベルト（以下ベルトという)4にキャリア２が固定さ
れ、プーリP1はモータM1に連結されている。

【０００６】キャリア２は板状のプラテン５の上方に配
置され、モータM1の正逆方向回転によりベルト４によっ
てプラテン５に平行に矢印Ａ、Ｂ方向に移動する。プラ
テン５の前段に、図示していない回転伝達機構を介して
モータM2に連結された送りローラＲが配置されている。

【０００７】印字ヘッド１は、ヘッド部10及びヘッド駆
動部11から成り、ヘッド部10は、プラテン５に所定の間
隙を介して対向し、先端に後述する複数のノズルを有
し、またノズル孔にインクを供給する図示していないイ
ンクタンクを備えている。

【０００８】ヘッド駆動部11は、印字データに基づいて
図示していない制御部の指令で、選択的に駆動信号をヘ
ッド部10に送信する回路で、図示していないフレキシブ
ルケーブルにより制御部に接続されている。

【０００９】従って、キャリア２が移動しながら、印字
ヘッド１のノズル孔からインクを噴射して印字用紙７に
マトリックスドットによって印字を形成する。印字用紙
７は送りローラＲの駆動によって矢印Ｃ方向に行送りさ
れる。

【００１０】次に図５及び図６によりヘッド部10を説明
する。図５と図６(a) 及び(b) に示すように、ヘッド部
10は、圧電素子8₁,8₂,…、ノズル孔9₁,9₂,… (例えば、
孔径30〜50μｍ) が設けられたノズル板12₁,12₂,…、圧
力室13₁,13₂,…、壁部材14₁,14₂,…、振動板15₁,15₂,…
及びインク供給口16₁,16₂,…で構成されている。

【００１１】圧電素子8₁,8₂,…は、振動板15₁,15₂,…の
外側に接着剤18ａで接着(18Aは接着層を示す) されてい
る。接着剤18ａは、エボキシ樹脂系接着剤で硬化後のヤ
ング率は１ＧＰａ未満である。また、ノズル板12₁,12₂,
…と振動板15₁,15₂,…の間に壁部材14₁,14₂,…が配置さ
れて、これらに囲まれた空間部により圧力室13₁,13₂,…
が形成されている。

【００１２】実際には、ノズル板12₁,12₂,…及び壁部材
14₁,14₂,…が一体に形成されて、振動板15₁,15₂,…が静
電接合 (或いは拡散接合等) によって接合されている。
また、振動板15₁,15₂,…の各縁部はホルダー17₁,17₂,…
が接着剤18ａで接着(18Aは接着層を示す) され、圧電素
子8₁,8₂,…の端面はホルダー17₁,17₂,…の面と当接して
いる。ホルダー17₁,17₂,…は、圧力室13₁,13₂,…及び圧
電素子8₁,8₂,…を保持している。

【００１３】従って、インク供給口16₁,16₂,…からイン
ク6aを圧力室13₁,13₂,…に供給し、ヘッド駆動部11ａか
ら圧電素子8₁,8₂,…の電極に選択的に電圧を印加して、
その電気歪みによる変位で収縮させ、振動板15₁,15₂,…
を引きつけて、圧力室13₁,13 ₂,…のインク6aの体積を増
し、圧電素子8₁,8₂,…の収縮を解放した時に、振動板15
₁,15₂,…を復帰させて、その圧力によってインク6aが上
記のようにノズル孔9₁,9₂,…から噴射する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法によれ
ば、振動板及び圧電素子間を接着している接着剤の硬化
後の接着層の弾性率が低い（ヤング率１ＧＰａ未満）こ
とにより、圧電素子によって振動板を加圧した場合、接
着層が伸縮するために、圧電素子の発生力を接着層が消
費し、発生力をノズル孔からのインク押し出しに効率良
く利用することができない。

【００１５】また、振動板及びホルダー間を接着してい
る接着剤の硬化後の接着層の弾性率が低いことにより、
圧電素子によって振動板を加圧した場合、振動板がホル
ダーから加圧方向に逃げるため、圧電素子の発生力をイ
ンク押し出しに効率良く利用することができない。

【００１６】更に、複数のノズル孔はインクが均一な噴
射を必要としているが、振動板と圧電素子間の接着層の
全ての厚みが均一でないと、圧電素子の発生力による接
着層の伸縮量にバラツキができ、全ノズル孔からのイン
ク粒子の噴射特性（噴射量、噴射速度、噴射角度）にバ
ラツキが発生する。

【００１７】また、振動板とホルダー間の接着層の厚み
が均一でないと、圧電素子で振動板を加圧した場合、振
動板、壁部材及びノズル板の逃げ量にバラツキができ、
全ノズル孔からのインク粒子の噴射特性にバラツキが発
生する。という問題点がある。

【００１８】インクジェットヘッドの形成に関わる接着
剤については、特開昭６０−９１８０号公報「複合圧電
積層体」及び特開昭６４−９６７３号公報「圧電たわみ
素子」が提案されている。

【００１９】特開昭６０−９１８０号公報は、単層圧電
素子を接合して積層圧電素子を製造する時に、ガラス微
粒子入りの銀ペーストを用いることで、従来の接着層を
無くし、積層圧電素子内の接着層での変位の損失を低減
するものであり、上記問題点を解決する手段には成り得
ない。

【００２０】特開昭６４−９６７３号公報は、圧電たわ
み素子の圧電体と基板の高強度の接着方法として、基板
上に電気化学的に微粒子を析出させ、この表面粗さを利
用して、圧電素子との接着強度を高めるものであり、上
記問題点を解決する手段とは成り得ない。

【００２１】本発明は、発生力を有効に利用して振動板
を駆動させることができ、噴射特性を向上させると共
に、均一化することができるインクジェットヘッドを提
供することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】図１及び図２は本発明の
原理図で、図１は請求項１に対応する原理図、図２は請
求項２に対応する原理図である。

【００２３】１）請求項１に対応する手段 図１において、６はインク、９はノズル孔、13は圧力
室、12はインク６の粒子を噴射するノズル孔９を形成し
たノズル板、15はノズル板12に所定距離をおいて対向す
る振動板、14はノズル板12及び振動板15を接続して圧力
室13を形成する壁部材、８は振動板15に接着され、振動
板15を駆動させる圧電素子、18は振動板15と圧電素子８
を接着する接着剤、19は接着剤18の硬化後の弾性率より
高い弾性率を有する材料で形成された第１の微粒子、20
は所定硬さを有する材料で均一な大きさに形成された第
２の微粒子である。

【００２４】ノズル板12、振動板15、壁部材14、圧力室
13及び圧電素子８をを少なくとも１組備えたインクジェ
ットヘッドであって、接着剤18に、第１の微粒子19及び
／或いは第２の微粒子20を混入した構成とする。

【００２５】即ち、ノズル孔９からのインク６の噴射に
圧電素子８の発生力を効率良く利用するためには，振動
板15と圧電素子８間の接着層の弾性率が高いことが必要
であり、インク６の噴射特性の低下、及びバラツキを少
なくするためには、振動板15と圧電素子８間の接着層の
バラツキを少なくすることが必要である。

【００２６】２）請求項２に対応する手段 図２において、６はインク、９はノズル孔、13は圧力
室、12はインク６の粒子を噴射するノズル孔９を形成し
たノズル板、15はノズル板12に所定距離をおいて対向す
る振動板、14はノズル板12及び振動板15を接続して圧力
室13を形成する壁部材、８は振動板15に接着され、振動
板15を駆動させる圧電素子、17は振動板15の縁部に接着
されて、圧力室13を保持するホルダー、18は振動板15と
ホルダー17を接着する接着剤、19は接着剤18の硬化後の
弾性率より高い弾性率を有する材料で形成された第１の
微粒子、20は所定硬さを有する材料で均一な大きさに形
成された第２の微粒子である。

【００２７】ノズル板12、振動板15、壁部材14、圧力室
13、圧電素子８及びホルダー17を少なくとも１組備えた
インクジェットヘッドであって、接着剤18に、第１の微
粒子19及び／或いは第２の微粒子20を混入した構成とす
る。

【００２８】即ち、ノズル孔９からのインク６の噴射に
圧電素子８の発生力を効率良く利用するためには，振動
板15とホルダー17間の接着層の弾性率が高いことが必要
であり、インク６の噴射特性の低下及びバラツキを少な
くするためには、振動板15とホルダー17間の接着層のバ
ラツキを少なくすることが必要である。

【００２９】以下、請求項３〜請求項５に対応する手段
を説明する。請求項３では、請求項１或いは請求項２に
おいて、第１の微粒子19及び／或いは第２の微粒子20
は、ヤング率を１ギガパスカル以上とした構成とする。

【００３０】請求項４では、請求項１或いは請求項２に
おいて、第１の微粒子19及び／或いは第２の微粒子20
は、平均粒子径を１〜１０μｍにした構成とする。請求
項５では、請求項１、請求項２、請求項３或いは請求項
４において、第１の微粒子19及び／或いは第２の微粒子
20は、セラミックス粉末、ガラス粉末、金属粉末及び樹
脂粉末のいずれか１種類の粉末或いは複数種類を組み合
わせた粉末を用いた構成とする。

【００３１】

【作用】

１）請求項１に対応する作用 図１に示すように、接着剤18に第１の微粒子19を混合し
た場合は、硬化後の接着層の弾性率が高くなって、圧電
素子８の駆動による振動板15と圧電素子８間の接着層の
伸縮が減少し、圧力室13のインク６の加圧に圧電素子８
の発生力を有効に利用され、効率良くインク６を噴射さ
せることができる。或いは、接着剤18に第２の微粒子20
を混合した場合は、振動板15と圧電素子８間の接着時の
押圧により、接着層が第２の微粒子20の大きさによって
規制されて均一になり、圧電素子の発生力による接着層
の伸縮量のバラツキが減少し、圧電素子８の発生力を均
一に利用することができて、少なくとも１つのノズル孔
９からのインク粒子の特性の低下及びバラツキが減少
し、効率良く且つ均一にインク６を噴射させることがで
きる。

【００３２】また、接着剤18に第１の微粒子19及び第２
の微粒子20を混合した場合は、上記夫々単独に混合した
場合の効果を加重して得ることができる。 ２）請求項２に対応する作用 図２に示すように、接着剤18に第１の微粒子19を混合し
た場合は、硬化後の接着層の弾性率が高くなって、圧電
素子８の駆動による振動板15とホルダー17間の接着層の
伸縮が減少し、圧力室13のインク６の加圧に圧電素子８
の発生力が有効に利用され、効率良くインク６を噴射さ
せることができる。或いは、接着剤18に第２の微粒子20
を混合した場合は、振動板15とホルダー17間の接着時の
押圧により、接着層が第２の微粒子20の大きさによって
規制されて均一になり、圧電素子８の発生力による接着
層の伸縮量のバラツキが減少し、圧電素子８の発生力を
均一に利用することができて、少なくとも１つのノズル
孔９からのインク粒子の特性の低下及びバラツキが減少
し、効率良く且つ均一にインク６を噴射させることがで
きる。

【００３３】また、接着剤18に第１の微粒子19及び第２
の微粒子20を混合した場合は、上記夫々単独に混合した
場合の効果を重ねて得ることができる。以下、請求項３
〜請求項５に対応する作用を説明する。

【００３４】請求項３では、第１の微粒子19及び／或い
は第２の微粒子20は、ヤング率を１ギガパスカル以上と
したことにより、硬化後の接着層に高い弾性率が得ら
れ、請求項１或いは請求項２の効果を容易に得ることが
できる。

【００３５】請求項４では、第１の微粒子19及び／或い
は第２の微粒子20は、平均粒子径を１〜１０μｍにした
ことにより、硬化後に均一な接着層が得られ、請求項１
或いは請求項２の効果を容易に得ることができる。

【００３６】請求項５では、第１の微粒子19及び／或い
は第２の微粒子20は、セラミックス粉末、ガラス粉末、
金属粉末及び樹脂粉末のいずれか１種類の粉末或いは複
数種類を組み合わせた粉末を用いたことにより、請求項
１、請求項２、請求項３或いは請求項４の効果を容易に
得ることができる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例１〜実施例３を図３に
より説明する。図３は本発明の実施例を示す印字ヘッド
の構成図である。図４及び図５と同一符号は同一対象物
を示す。

【００３８】図３の微粒子19ａは、図１及び図２の第１
の微粒子19及び第２の微粒子に対応している。図３(a)
及び(b) に示すように、印字ヘッド1aの振動板15₁,15₂,
…と圧電素子8₁,8₂,…の間、及び振動板15₁,15₂,…とホ
ルダー17₁,17₂,…の間の接着層18B は、従来例で説明し
た接着剤18ａに微粒子19ａを混入した接着剤18ｂを硬化
させたものである。

【００３９】微粒子19ａは、接着剤18ａの硬化後の弾性
率より高い弾性率を有し、且つ、所定粒径する材料、例
えば、シリカ（二酸化珪素：SiO₂) で１〜10μｍの粒径
に均一に形成された粉末である。シリカは、ヤング率が
１ＧＰａ以上である。

【００４０】このような構成を有するので、接着剤18ｂ
の硬化後の見掛け上の弾性率を上げることができ、圧電
素子8₁,8₂,…の発生力による振動板15₁,15₂,…と圧電素
子8₁,8₂,…の間、及び振動板15₁,15₂,…とホルダー17₁,
17₂,…の間の接着層18B の伸縮量を減少させることがで
きる。

【００４１】また、均一な粒径の微粒子19ａにより、バ
ラツキのない均一な厚さの接着層18B が得られる。接着
層18B の厚みは、振動板15₁,15₂,…と圧電素子8₁,8₂,…
間、及び振動板15₁,15₂,…とホルダー17₁,17₂,…の間の
接着時に、均一に荷重を加えることにより容易に粒径と
同様の厚みに制御することができる。なお、接着剤18ｂ
の量は印刷法等によって制御することができる。

【００４２】従って、圧電素子8₁,8₂,…が振動板15₁,15
₂,…を加圧した時に、振動板15₁,15 ₂,…と圧電素子8₁,8
₂,…間の接着層18B による圧電素子8₁,8₂,…の発生力の
消費が減少し、且つ、振動板15₁,15₂,…がホルダー17₁,
17₂,…から離れる方向に逃げる量が減少するので、圧電
素子8₁,8₂,…の発生力をノズル孔9₁,9₂,…からのインク
6aの噴射に効率良く作用させることができる。

【００４３】また、接着層18B が均一でバラツキが減少
することにより、圧電素子8₁,8₂,…が振動板15₁,15₂,…
を押圧した時に、接着層18B の伸縮量のバラツキが減少
し、ノズル孔9₁,9₂,…からのインク6aの噴射特性（噴射
量、噴射速度及び噴射角度）の低下及びバラツキを減少
させることができる。

【００４４】以上のことから安定した印刷動作を得るこ
とができる。上記例では、振動板15₁,15₂,…と圧電素子
8₁,8₂,…の間、及び振動板15₁,15₂,…とホルダー17₁,17
₂,…の間に接着剤18ｂを使用した場合を説明したが、振
動板15₁,15₂,…と圧電素子8₁,8₂,…の間だけ、或いは振
動板15₁,15₂,…とホルダー17 ₁,17₂,…の間だけに接着剤
18ｂを使用する方法としても良く、夫々相応の効果が得
られる。

【００４５】また、上記例では、接着剤18ｂに混入され
た微粒子19ａがシリカの場合を説明したが、所定の高弾
性率を有していれば他の粉末でも良く、例えば、酸化ジ
ルコニウム(ZrO₂)等のセラミックス粉末、銀粉等の金属
粉末、エポキシ樹脂等の樹脂粉末等を用いても良く、ま
た、これらの複数種類を組み合わせた混合粉末を用いて
も良い。

【００４６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
請求項１では、接着剤に第１の微粒子を混合した場合
は、圧電素子の駆動による振動板と圧電素子間の接着層
の伸縮が減少し、圧力室のインクの加圧に圧電素子の駆
動力を有効に利用され、効率良くインクを噴射させるこ
とができる。

【００４７】或いは、接着剤に第２の微粒子を混合した
場合は、圧電素子の発生力による接着層の伸縮量のバラ
ツキが減少し、圧電素子の発生力を均一に利用すること
ができて、少なくとも１つのノズル孔からのインク粒子
の噴射特性の低下及びバラツキが減少し、効率良く且つ
均一にインクを噴射させることができる。

【００４８】また、接着剤に第１の微粒子19及び第２の
微粒子を混合した場合は、上記夫々単独に混合した場合
の効果を重ねて得ることができる。請求項２では、接着
剤に第１の微粒子を混合した場合は、圧電素子の駆動に
よる振動板とホルダー間の接着層の伸縮が減少し、圧力
室のインクの加圧に圧電素子の発生力が有効に利用さ
れ、効率良くインクを噴射させることができる。

【００４９】或いは、接着剤に第２の微粒子を混合した
場合は、圧電素子の発生力による接着層の伸縮量のバラ
ツキが減少し、圧電素子の発生力を均一に利用すること
ができて、少なくとも１つのノズル孔からのインク粒子
の特性の低下及びバラツキが減少し、効率良く且つ均一
にインクを噴射させることができる。

【００５０】また、接着剤に第１の微粒子及び第２の微
粒子を混合した場合は、上記夫々単独に混合した場合の
効果を重ねて得ることができる。請求項３では、硬化後
の接着層に高い弾性率が得られ、構成請求項１或いは請
求項２の効果を容易に得ることができる。

【００５１】請求項４では、硬化後に均一な接着層が得
られ、請求項１或いは請求項２の効果を容易に得ること
ができる。請求項５では、請求項１、請求項２、請求項
３或いは請求項４の効果を容易に得ることができる。と
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の請求項１に対応する原理図

【図２】 本発明の請求項２に対応する原理図

【図３】 本発明の実施例を示す構成図

【図４】 インクジェットプリンタの概要を示す斜視図

【図５】 従来例のヘッド部の一部を破断して示す斜視
図

【図６】 従来例のヘッド部の一部を示す構成図

【符号の説明】

６,6a はインク、 ８,8₁,8₂は圧電素子、 ９,9
₁,9₂はノズル孔、12,12₁,12₂はノズル板、 13,13₁,13₂
は圧力室、 14,14₁,14₂は壁部材、15,15₁,15₂は振動
板、 17,17₁,17₂はホルダー、18a,18b は接着剤、18
A,18B は接着層、 19は第１の微粒子、 19ａは
微粒子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクの粒子を噴射するノズル孔を形成
   したノズル板と、 ノズル板に所定距離をおいて対向する振動板と、 ノズル板及び振動板を接続して圧力室を形成する壁部材
   と、 振動板に接着され、振動板を駆動させる圧電素子とを少
   なくとも１組備えたインクジェットヘッドであって、 前記振動板と前記圧電素子を接着する接着剤に、該接着
   剤の硬化後の弾性率より高い弾性率を有する材料で形成
   された第１の微粒子、及び／或いは所定硬さを有する材
   料で均一な大きさに形成された第２の微粒子を混入した
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 インクの粒子を噴射するノズル孔を形成
   したノズル板と、 ノズル板に所定距離をおいて対向する振動板と、 ノズル板及び振動板を接続して圧力室を形成する壁部材
   と、 振動板に接着され、振動板を駆動させる圧電素子と、 振動板の縁部に接着されて、圧力室を保持するホルダー
   とを少なくとも１組備えたインクジェットヘッドであっ
   て、 前記振動板と前記ホルダーを接着する接着剤に、該接着
   剤の硬化後の弾性率より高い弾性率を有する材料で形成
   された第１の微粒子、及び／或いは所定硬さを有する材
   料で均一な大きさに形成された第２の微粒子を混入した
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記第１の微粒子及び／或いは前記第２
   の微粒子は、ヤング率を１ギガパスカル以上としたこと
   を特徴とする請求項１或いは請求項２のインクジェット
   ヘッド。
4. 【請求項４】 前記第１の微粒子及び／或いは前記第２
   の微粒子は、平均粒子径を１〜１０μｍにしたことを特
   徴とする請求項１或いは請求項２のインクジェットヘッ
   ド。
5. 【請求項５】 前記第１の微粒子及び／或いは前記第２
   の微粒子は、セラミックス粉末、ガラス粉末、金属粉末
   及び樹脂粉末のいずれか１種類の粉末或いは複数種類を
   組み合わせた粉末を用いたことを特徴とする請求項１、
   請求項２、請求項３或いは請求項４のインクジェットヘ
   ッド。