JP5331764B2 - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクジェットプリンタに組み込まれるインクジェットプリントヘッドに関する。

インクジェットヘッドとして、圧電部材に複数の溝を並べて形成し、これら複数の溝の内面に電極を形成し、複数の溝を区画する複数の壁を架橋するようにカバーを接着したインクジェットプリントヘッドが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

図８はインクジェットプリントヘッド１０の一例を示す分解斜視図である。図８に示すように、インクジェットプリントヘッド１０は、インクの循環供給を行うための流路が形成されたマニホールド２０と、このマニホールド２０に接着剤等により積層配置されたベース材３０と、ベース材３０に積層配置された２列のアクチュエータ４０と、このアクチュエータ４０を取り囲む領域に配置された枠部材５０と、ベース材３０から所定距離離間して配置されたノズルプレート６０とを備えている。

マニホールド２０は、直方体状の本体部２１と、この本体部２１の一方の面側に形成された平面部２２と、この平面部２２の中央部に形成された凹部２３と、本体部２１の両端に設けられたブラケット２４とを備えている。

平面部２２には、インクを循環供給するためのインク排出穴２５及びインク供給穴２６が設けられている。インク排出穴２５及びインク供給穴２６は、マニホールド２０に接続された配管２７を介して、インク循環供給システム（不図示）に接続されている。

平面部２２には、インク排出穴２５及びインク供給穴２６側との間を仕切る隔壁２２ａが形成されている。隔壁２２ａはアクチュエータ４０の延長線上に位置しており、端部が当接して互いに密着している。

ベース材３０は、板状に形成されており、穴が形成されていない。ベース材３０上には配線３１が形成されている。

アクチュエータ４０は、ＰＺＴ製の２枚の板材を互いに分極方向が逆向きになるように接着された圧電部４１と、この圧電部４１の延びる方向に沿って駆動素子４２と、この駆動素子４２の相互間に設けられた圧力室４３とを備えている。すなわち、駆動素子４２と圧力室４３とが交互に設けられている。駆動素子４２はノズルプレート６０の下面に当接され、支柱状に形成されている。さらに、駆動素子４２には配線３０がそれぞれ接続されている。アクチュエータ４０は、駆動回路（不図示）から駆動素子４２に電圧を印加することで、圧力室４３を変形させ、圧力室４３の容積を内のインクを後述するノズル穴６１から吐出させる機能を有している。

枠部材５０は、その両端部５１，５２がマニホールド２０の平面部２２側に突出し（図１０参照）、インク排出穴２５及びインク供給穴２６を取り囲む領域に配置されている。

ノズルプレート６０は、一定方向に沿って、かつ、圧力室４３に対応する位置に設けられたノズル穴６１を有している。

このようなインクジェットプリントヘッド１０では、駆動回路から駆動パルス電圧を配線３０を介して駆動素子４２に印加する。これにより、左右一対の駆動素子４２は、シェアモード変形を行って湾曲するように互いに離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室４３内の液を加圧することで、ノズル穴６１から液滴が勢い良く吐出される。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１０は、次のようにして製造される。すなわち、図９に示すように、ベース材３０に、アクチュエータ４０の材料となる圧電素材Ｓを接着する。次に、ダイヤモンドカッタ等により、複数の溝を形成し、圧力室４３を形成する。次に、メッキ等を用いて配線３１を形成し、アクチュエータ４０を形成する。

次に、図１０に示すように、枠部材５０を重ね、アクチュエータ４０を囲むとともに、その両端部５１がマニホールド２０の平面部２２側に突出し、インク排出穴２５及びインク供給穴２６を取り囲む領域に配置する。

そして、図１１に示すように、枠部材５０の上にノズルプレート６０を接合する。このとき、圧力室４３とノズル穴６１とを対向させる。そして、ベース材３０をマニホールド２０の凹部２３に嵌合する。

なお、ベース材３０とノズルプレート６０との間には所定の間隔が形成されており、アクチュエータ４０により外側流路３２，３３と内側流路３４の３つの空間に仕切られている。

特開２００９−１８５４０号公報 特表２００２−５３３２４７号公報

上述したインクジェットプリントヘッド１００では、次のような問題があった。すなわち、図１２に示すように、マニホールド２０とベース材３０との部品製造精度により、段差Ｄが生じる。この状態で図１２に示すように、枠部材５０を接着すると隙間Ｓが発生する。この隙間Ｓを残したまま、インクを供給すると隙間からインクが漏れるため、隙間Ｓを塞ぐように、接着剤を流し込む必要がある。隙間Ｓが大きいと大量の接着剤が必要となり、場合によっては接着剤が枠部材５０の内側、すなわち、圧力室４３側に流れ込み、インク供給穴２５及びインク排出穴２６を塞いでしまう虞があった。

そこで、部品組み立て時に生じた隙間を接着剤を用いて塞ぐ場合であっても、その使用量を少量にできるとともに、他の領域への流出を防止することが必要である。

インクを循環供給するためのインク供給穴及びインク排出穴が設けられた平面部を有し、この平面部に凹部が設けられた支持部材と、この支持部材の凹部に嵌合された基板と、この基板から所定距離離間して積層配置され、一定方向に沿って設けられた複数のノズル穴を有するノズルプレートと、前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、前記複数のノズル穴にそれぞれ対応して設けられた圧力室と、この圧力室の壁部を形成するとともに、圧力室の容積を変化させる圧電部材とを有するアクチュエータと、前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、その両端部が前記支持部材の平面部側に突出し、前記インク供給穴及びインク排出穴を取り囲む領域に配置された枠部品とを備え、前記支持部材の平面部には、前記インク供給穴側と前記インク排出穴側との間を仕切る隔壁と、前記枠部品の外周部に沿って立設された壁部材とを備えた。

インクを循環供給するためのインク供給穴及びインク排出穴が設けられた平面部を有し、この平面部に凹部が設けられた支持部材と、この支持部材の凹部に嵌合された基板と、この基板から所定距離離間して積層配置され、一定方向に沿って設けられた複数のノズル穴を有するノズルプレートと、前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、前記複数のノズル穴にそれぞれ対応して設けられた圧力室と、この圧力室の壁部を形成するとともに、圧力室の容積を変化させる圧電部材とを有するアクチュエータと、前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、その両端部が前記支持部材の平面部側に突出し、前記インク供給穴及びインク排出穴を取り囲む領域に配置されるとともに、前記平面部側への突出領域において、前記インク供給穴側と前記インク排出穴側との間を仕切る隔壁を有する枠部品とを備え、前記支持部材の平面部には、前記枠部品の外周部に沿って立設された壁部材とを備えた。

一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドを示す分解斜視図。 同インクジェットプリントヘッドのノズルプレート及び枠部材を外した状態を示す平面図。 同インクジェットプリントヘッドにおける図２中Ｆ２−Ｆ２線において切断して矢印方向に見た断面図。 同インクジェットプリントヘッドのノズルプレートを外した状態を示す平面図。 同インクジェットプリントヘッドにおける図４中Ｆ４−Ｆ４線において切断して矢印方向に見た断面図。 同インクジェットプリントヘッドを示す平面図。 マニホールドとベース板との段差を示す説明図。 インクジェットプリントヘッドの一例を示す分解斜視図。 同インクジェットプリントヘッドのノズルプレート及び枠部材を外した状態を示す平面図。 同インクジェットプリントヘッドのノズルプレートを外した状態を示す平面図。 同インクジェットプリントヘッドを示す平面図。 同インクジェットプリントヘッドにおけるマニホールドとベース板との段差を示す説明図。 同インクジェットプリントヘッドにおける隙間を示す説明図。

図１は一実施形態に係るインクジェットプリントヘッド１０を示す分解斜視図、図２はインクジェットプリントヘッド１０のノズルプレート及び枠部材を外した状態を示す平面図、図３はインクジェットプリントヘッド１０における図２中Ｆ２−Ｆ２線において切断して矢印方向に見た断面図、図４はインクジェットプリントヘッド１０のノズルプレートを外した状態を示す平面図、図５はインクジェットプリントヘッド１０における図４中Ｆ４−Ｆ４線において切断して矢印方向に見た断面図、図６はインクジェットプリントヘッド１０を示す平面図である。

図１に示すように、インクジェットプリントヘッド１０は、インクの循環供給を行うための流路が形成されたマニホールド（支持部材）２０と、このマニホールド２０に接着剤等により積層配置されたベース材（基板）３０と、ベース材３０に積層配置された２列のアクチュエータ４０と、このアクチュエータ４０を取り囲む領域に配置された枠部材５０と、ベース材３０から所定距離離間して配置されたノズルプレート６０とを備えている。なお、図１中７０はインク循環供給システム、８０は駆動回路を示している。

マニホールド２０は、直方体状の本体部２１と、この本体部２１の一方の面側に形成された平面部２２と、この平面部２２の中央部に形成された凹部２３と、本体部２１の両端に設けられたブラケット２４とを備えている。ブラケット２４はインクジェットプリントヘッド１０をプリンタ本体（不図示）に取り付けるためのネジ穴２４ａが形成されている。

平面部２２には、インクを循環供給するためのインク排出穴２５及びインク供給穴２６が設けられている。インク排出穴２５及びインク供給穴２６は、マニホールド２０に接続された配管２７を介して、インク循環供給システム７０に接続されている。

平面部２２には、インク排出穴２５及びインク供給穴２６側との間を仕切る隔壁２２ａが形成されている。隔壁２２ａはアクチュエータ４０の延長線上に位置しており、端部が当接して互いに密着している。平面部２２には、さらに、枠部品５０の後述する両端部５１，５２の外周部に沿って立設された壁部材２８とを備えている。壁部材２８は、枠部材５０よりも僅かに低く形成されており、その内周壁が両端部５１，５２の外周壁と嵌合する関係となっている。

ベース材３０は、板状に形成されており、穴が形成されていない。ベース材３０上には配線３１が形成されている。

アクチュエータ４０は、ＰＺＴ製の２枚の板材を互いに分極方向が逆向きになるように接着された圧電部４１と、この圧電部４１の延びる方向に沿って駆動素子４２と、この駆動素子４２の相互間に設けられた圧力室４３とを備えている。すなわち、駆動素子４２と圧力室４３とが交互に設けられている。駆動素子４２はノズルプレート６０の下面に当接され、支柱状に形成されている。さらに、駆動素子４２には配線３０がそれぞれ接続されている。アクチュエータ４０は、駆動回路８０から駆動素子４２に電圧を印加することで、圧力室４３を変形させることで容積を変化させ、圧力室４３の容積を内のインクを後述するノズル穴６１から吐出させる機能を有している。

枠部材５０は、その両端部５１，５２がマニホールド２０の平面部２２側に突出し、インク排出穴２５及びインク供給穴２６を取り囲む領域に配置されている（図４参照）。枠部材５０は、ベース材３０上にインクの流路を形成する機能を有している。

ノズルプレート６０は、ポリイミド材製であり、一定方向に沿って、かつ、圧力室４３に対応する位置に設けられたノズル穴６１を有している。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１０は、次のようにして製造される。すなわち、図２に示すように、ベース材３０に、アクチュエータ４０の材料となる圧電素材を接着する。次に、ダイヤモンドカッタ等により、複数の溝を形成し、圧力室４３を形成する。次に、メッキ等を用いて配線３１を形成し、アクチュエータ４０を形成する。図３は壁部材２８とベース材３０との位置関係を示している。

次に、図４に示すように、枠部材５０を重ね、アクチュエータ４０を囲むとともに、その両端部５１がマニホールド２０の平面部２２側に突出し、インク排出穴２５及びインク供給穴２６を取り囲む領域に配置する。この際、枠部品５０の両端部５１，５２の外周部を壁部材２８の内周壁に嵌合させる。そして、枠部材５０と平面部２２との隙間を接着剤で充填する。壁部材２８があるため、隙間が大きい場合であっても接着剤は枠部材５０の下面、平面部２２の上面、壁部材２８の内周壁との３方向が閉塞されているため封止作業が容易であり、しかも少ない量で充填ができ、枠部材５０の内側への流出量を最小限に抑えることができる。このため、インク排出穴２５及びインク供給穴２６が接着剤で塞がれることを防止できる。図５は壁部材２８、ベース材３０、枠部材５０の位置関係を示している。

そして、図６に示すように、枠部材５０の上にノズルプレート６０を接合する。このとき、圧力室４３とノズル穴６１とを対向させる。そして、ベース材３０をマニホールド２０の凹部２３に嵌合する。

なお、ベース材３０とノズルプレート６０との間には所定の間隔が形成されており、アクチュエータ４０により外側流路３２，３３と内側流路３４の３つの空間に仕切られている（図４参照）。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１０は、次のようにしてインクの吐出を行う。すなわち、インク循環供給システム７０から配管２７を介してインクが供給される。次に、供給されたインクは、インク供給穴２６を介して外側流路３２，３３に供給される。外側流路３２，３３に供給されたインクは圧力室４３を通って内側流路３４に流入する。内側流路３４に流入したインクは、インク排出穴２５から排出され、配管２７を介してインク循環供給システム７０に戻される。このように連続してインクが供給されているため、圧力室４３内にはインクが満たされることとなる。

次に、駆動回路８０から配線３１を介して駆動素子４２にパルス電圧を印加する。これにより移動素子４２が変形し、圧力室４３の容積が小さくなる。これにより、インクがノズル穴６１より吐出される。

なお、平面部２２には隔壁２２ａが設けられているため、外側流路３２，３３から内側流路３４へ圧力室４３を経由せずに流入することを防止できる。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１０では、組み立て時において、枠部材５０と平面部２２との隙間を接着剤で充填する際に壁部材２８があるため、接着剤が枠部材５０の内側への流出量を最小限に抑えることができる。このため、インク排出穴２５及びインク供給穴２６が接着剤で塞がれることを防止できる。

なお、マニホールド２０の形状変更のみで、新たな部品の追加が必要が無いため、低コストでインクの供給不良を防止できる。

図７は、マニホールド２０の平面部２２より、ベース板３０の表面が低くなるような段差Ｄが生じた場合を示している。この場合、上述した壁部材２８では接着剤の流入を防止できないので、設計により、必ずマニホールド２０の平面部２２より、ベース板３０の表面が高くなるように設計する必要がある。

なお、マニホールド２０の平面部２２には隔壁２２ａを設ける代わりに、上述した隔壁２２ａと同じ位置に枠部材５０の両端部５１，５２から内側に向けて突起部を形成するようにしても良い。この場合でも、同様の機能を持たせることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…インクジェットプリントヘッド、２０…マニホールド（支持部材）、２２…隔壁、２５…インク排出穴、２６…インク供給穴、２８…壁部材、３０…ベース材（基板）、３２，３３…外側流路、３４…内側流路、４０…アクチュエータ、４２…駆動素子、４３…圧力室、５０…枠部材、６０…ノズルプレート、６１…ノズル穴、７０…インク循環供給システム、８０…駆動回路。

Claims (2)

1. インクを循環供給するためのインク供給穴及びインク排出穴が設けられた平面部を有し、この平面部に凹部が設けられた支持部材と、
   この支持部材の凹部に嵌合された基板と、
   この基板から所定距離離間して積層配置され、一定方向に沿って設けられた複数のノズル穴を有するノズルプレートと、
   前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、前記複数のノズル穴にそれぞれ対応して設けられた圧力室と、この圧力室の壁部を形成するとともに、圧力室の容積を変化させる圧電部材とを有するアクチュエータと、
   前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、その両端部が前記支持部材の平面部側に突出し、前記インク供給穴及びインク排出穴を取り囲む領域に配置された枠部品とを備え、
   前記支持部材の平面部には、前記インク供給穴側と前記インク排出穴側との間を仕切る隔壁と、前記枠部品の外周部に沿って立設された壁部材とを備えていることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
2. インクを循環供給するためのインク供給穴及びインク排出穴が設けられた平面部を有し、この平面部に凹部が設けられた支持部材と、
   この支持部材の凹部に嵌合された基板と、
   この基板から所定距離離間して積層配置され、一定方向に沿って設けられた複数のノズル穴を有するノズルプレートと、
   前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、前記複数のノズル穴にそれぞれ対応して設けられた圧力室と、この圧力室の壁部を形成するとともに、圧力室の容積を変化させる圧電部材とを有するアクチュエータと、
   前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、その両端部が前記支持部材の平面部側に突出し、前記インク供給穴及びインク排出穴を取り囲む領域に配置されるとともに、前記平面部側への突出領域において、前記インク供給穴側と前記インク排出穴側との間を仕切る隔壁を有する枠部品とを備え、
   前記支持部材の平面部には、前記枠部品の外周部に沿って立設された壁部材とを備えていることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。

Images