JP2003531744A - モジュール式印刷ヘッド組立体のための熱膨張補償 - Google Patents

モジュール式印刷ヘッド組立体のための熱膨張補償

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Abstract

(57)【要約】 プリンターに取り付けるための細長い支持部材（１）と、支持部材（１）に取り付けるようになされた印刷ヘッド（２）とを有するインクジェットプリンターのための印刷ヘッド組立体。印刷ヘッドは、基材と、基材に形成されたインクエゼクターノズルのアレーを有する。支持部材（１）は、異なる熱膨張係数を有する複数の材料（３，４）から形成される。支持部材の材料（３，４）は、支持部材の全体としての熱膨張係数が印刷ヘッドのノズル基材の熱膨張係数と実質的に等しくなるように選択され、構造的に構成される。支持部材（１）は、又、温度変化とともに弓状湾曲しないように構造的に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の属する技術分野 本発明は、一般に、デジタルプリンターのためのモジュール式印刷ヘッドに関
し、特に、ページ幅デジタルインクジェットプリンターに関する。
【０００２】 本発明に関連するいろいろな方法システム及び装置が、本出願の出願人又はそ
の譲受人によって２０００年５月２４日に出願された以下の同時係属出願に開示
されている。 PCT/AU00/00578 PCT/AU00/00579 PCT/AU00/00581 PCT/AU00/00580 PCT/AU00/00582 PCT/AU00/00587 PCT/AU00/00588 PCT/AU00/00589 PCT/AUOO/00583 PCT/AU00/00593 PCT/AU00/00590 PCT/AU00/00591 PCT/AU00/00592 PCT/AU00/00584 PCT/AUOO/00585 PCT/AU00/00586 PCT/AU00/00594 PCT/AU00/00595 PCT/AU00/00596 PCT/AU00/00597 PCT/AU00/00598 PCT/AU00/00516 PCT/AU00/00517 PCT/AU00/00511 又、本発明に関連するいろいろな方法システム及び装置が、本出願の出願人又
はその譲受人によって２０００年１１月２７日に出願された同時係属出願である
PCT/AU00/01445にも開示されている。これらの同時係属出願の記載内容は、相互
参照文献として本明細書に編入されているものとする。又、やはり同時係属出願
のPCT/AU01/00239（オーストラリア仮特許出願No.PQ6058の優先権を主張したも
の）の記載内容も参考として本明細書に編入されているものとする。
【０００３】発明の背景 近年、マイクロ（超小型）電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術によって製造さ
れた印刷ヘッドを用いるインクジェットプリンターが開発された。そのような印
刷ヘッドは、ＭＥＭＳ技術を用いてシリコンチップに形成された顕微鏡的（極微
）サイズのインクエゼクターノズル（インク吐出ノズル、以下、「インクノズル
」又は単に「ノズル」とも称する）のアレー（配列体）を有する。
【０００４】 このタイプの印刷ヘッドは、ページ幅プリンターに用いるのに非常に適してい
る。ページ幅プリンタは、印刷速度を高めるためにページのページの全幅に亙っ
て延在する静止印刷ヘッドを有する。ページ幅プリンターは、印刷ヘッドがペー
ジを横切って左右に移動しないので、在来のプリンターより速い速度で印刷する
ことができる。
【０００５】 製造コストを削減するために、印刷ヘッドは、プリンター内の支持ビームに互
いに隣接して取り付けられた複数の個別印刷ヘッドモジュールから成る。印刷画
像に空隙又は重なりが生じないように、印刷ヘッドモジュールを支持ビームに取
り付けた後それらを正確に整列させる必要がある。正確に整列されたならば、各
モジュールからの印刷画像が、隣接するモジュールからの印刷画像に正確に当接
する。
【０００６】 しかしながら、不都合なことに、周囲温度下での印刷ヘッドモジュールの整列
は、支持ビームがプリンターの作動温度にまで加熱されて膨張すると、変化して
しまう。更に、支持ビームがプリンターの平衡作動温度にあるときに印刷ヘッド
モジュールを整列させたとすると、今度は、支持ビームがプリンターの作動温度
に達するまでに印刷された印刷画像には許容し得ない不整列が生じることになる
。たとえ印刷ヘッドをモジュール化せず、それによって整列に随伴する問題を無
縁のものとしたとしても、支持ビームと印刷ヘッドは、熱膨張特性が異なるため
に弓状に湾曲し、印刷画像を歪めることがある。
【０００７】発明の概要 従って、本発明は、上述した問題を解決するために、プリンターのための印刷
ヘッド組立体であって、 該プリンターに取り付けるための細長い支持部材と、 基材と、該基材に形成されたインクエゼクターノズルのアレーを有し、前記支
持部材に取り付けるようになされた印刷ヘッドとから成り、 該支持部材は、異なる熱膨張係数を有する複数の異なる材料から形成されてお
り、該支持部材の熱膨張係数が前記印刷ヘッドの基材の熱膨張係数と実質的に等
しくなるように構成されていることを特徴とする印刷ヘッド組立体を提供する。
【０００８】 ある種の実施形態においては、前記支持部材は、少くとも２種類の異なる材料
の奇数層の長手方向に延長した層を有する積層ビームであり、中心層と、中心層
の上下に対称的に配置された同じ材料の層とから成る。特に好ましい実施形態で
は、この積層ビームは、３つの長手方向に延長した層を有し、それらのうちの２
つの外側層は第１の材料で形成され、中心層は第２の材料で形成される。
【０００９】 他の実施形態においては、印刷ヘッドは、支持部材に該支持部材の長手に沿っ
て互いに離隔したそれぞれの取り付け点で取り付けるようになされた複数の印刷
ヘッドモジュールで構成され、 該支持部材は、突き合わせ関係に配置された少くとも２種類の異なる材料のセ
グメントから成る複合ビームであり、 前記支持部材の、前記印刷ヘッドモジュールの前記取り付け点のどの２つの点
の間の実効熱膨張係数も、前記印刷ヘッドの基材の熱膨張係数と実質的に等しく
なるように、該印刷ヘッドモジュールの取り付け点のどの２つの点の間にも、前
記セグメントのうちの少くとも２つのセグメントの少くとも一部分が延在するよ
うに構成される。
【００１０】 前記基材は、シリコンであり、インクエゼクターノズルのアレーは、ＭＥＭＳ
技術を用いて形成することが好ましい。
【００１１】 ある種の好ましい実施形態では、前記支持部材の材料の１つをインバーとし、
他の材料のうちの少くとも１つは、シリコンのそれより高い熱膨張係数を有する
ものとする。
【００１２】 異なる熱膨張係数を有する少くとも２種類の異なる材料から形成された複合支
持部材を用いることにより、シリコンと実質的に同じ実効熱膨張係数を得ること
ができる。
【００１３】 異なる材料のセグメントを突き合わせ関係に接合することによって複合ビーム
を形成し、それらの異なる材料のセグメントの組み合わせ（接合された異なる材
料のセグメント）をモジュール取り付け「ピッチ」即ち間隔に従って反復して配
置すれば、ビームの弓状湾曲を防止することができる。印刷ヘッドモジュールの
取り付け点間に延長する異なる材料のセグメントの組み合わせは、いずれも、シ
リコンとほぼ同じ実効熱膨張係数を有していなければならない。単純にビーム全
体の実効熱膨張係数をシリコンのそれとほぼ同じにするだけでは、各モジュール
を整列状態に維持することができない。なぜなら、いずれか２つの隣接取り付け
点間の熱膨張係数がシリコンより高かったり低かったりすることがあり、その結
果として不整列を起こすからである。
【００１４】好ましい実施形態の説明 以下に、本発明の好ましい実施形態を添付図を参照して説明する。図１を参照
すると、本発明による印刷ヘッド組立体の第１実施形態が示されている。この印
刷ヘッド組立体は、各々シリコン製ＭＥＭＳ印刷ヘッドチップを有する複数の印
刷ヘッドモジュール２を支持する細長い支持部材即ち支持ビーム１を備えている
。支持ビーム１は、２種類の異なる材料から成る、熱間圧延された三層積層体で
ある。外側層３，４は、通常１°Ｃ当たり約１．３×１０−６ｍの熱膨張係数を
有するインバーで形成されている。シリコンの熱膨張係数は、１°Ｃ当たり約２
．５×１０−６ｍであるから、本発明の教示に従って支持ビーム１に全体として
シリコン（印刷ヘッドチップの素材）の熱膨張係数に実質的に等しい熱膨張係数
を与えるためには、支持ビームの中心層５は、シリコンのそれより高い熱膨張係
数を有するものでなければならない。
【００１５】 支持ビームの実効熱膨張係数は、両方の金属（中心層の金属と外側層の金属）
の熱膨張係数と、両方の金属のヤング率と、各層の厚さによって決められる。ビ
ームが弓状に湾曲するのを防止するためには、外側層３と４は同じ厚さにすべき
である。
【００１６】 図２を参照すると、本発明による印刷ヘッド組立体の第２実施形態が示されて
いる。この印刷ヘッド組立体は、各々シリコン製ＭＥＭＳ印刷ヘッドチップを有
する複数の印刷ヘッドモジュール２を支持する細長い支持ビーム１を備えている
。
【００１７】 支持ビーム１は、互いに突き合わせ関係に接合された２種類の異なる材料のセ
グメント３，４から成る。やはり、一方の材料は、シリコンのそれより低い熱膨
張係数を有し、他方の材料は、シリコンのそれより高い熱膨張係数を有する。各
セグメント３，４の長さ（図でみて左右方向の寸法）は、印刷ヘッドの間隔、即
ち、ピッチＡがシリコンのそれに実質的に等しい実効熱膨張係数を有するように
選択される。
【００１８】 以上、本発明を実施形態に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実
施形態の構造及び形状に限定されるものではなく、いろいろな実施形態が可能で
あり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による印刷ヘッド組立体の第１実施形態の概略長手方向断面図
である。
【図２】 図２は、本発明による印刷ヘッド組立体の第２実施形態の概略長手方向断面図
である。
【符号の説明】
１ 支持ビーム、支持部材 ２ 印刷ヘッドモジュール ３，４ 外側層 ５ 中心層 ３，４ セグメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プリンターのための印刷ヘッド組立体であって、 該プリンターに取り付けるための細長い支持部材と、 基材と、該基材に形成されたインクエゼクターノズルのアレーを有し、前記支
    持部材に取り付けるようになされた印刷ヘッドとから成り、 該支持部材は、異なる熱膨張係数を有する複数の異なる材料から形成されてお
    り、該支持部材の熱膨張係数が前記印刷ヘッドの基材の熱膨張係数と実質的に等
    しくなるように構成されていることを特徴とする印刷ヘッド組立体。
  2. 【請求項２】 前記支持部材は、少くとも２種類の異なる材料の奇数層の長
    手方向に延長した層を有する積層ビームであり、該積層ビームの中心層の上下に
    同じ材料の層が対称的に並置されることを特徴とする請求項１に記載の印刷ヘッ
    ド組立体。
  3. 【請求項３】 前記奇数は、３であることを特徴とする請求項２に記載の
    印刷ヘッド組立体。
  4. 【請求項４】 該印刷ヘッドは、前記支持部材に該支持部材の長手に沿って
    互いに離隔したそれぞれの取り付け点で取り付けるようになされた複数の印刷ヘ
    ッドモジュールで構成され、 該支持部材は、突き合わせ関係に配置された少くとも２種類の異なる材料のセ
    グメントから成る複合ビームであり、 前記支持部材の、前記印刷ヘッドモジュールの前記取り付け点のどの２つの点
    の間の実効熱膨張係数も、前記印刷ヘッドの基材の熱膨張係数と実質的に等しく
    なるように、該印刷ヘッドモジュールの取り付け点のどの２つの点の間にも、前
    記セグメントのうちの少くとも２つのセグメントの少くとも一部分が延在するよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の印刷ヘッド組立体。
  5. 【請求項５】 前記基材は、シリコンであり、前記インクエゼクターノズ
    ルのアレーは、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されたものであることを特徴とする請
    求項１〜４のいずれか１項に記載の印刷ヘッド組立体。
  6. 【請求項６】 前記支持部材の材料の１つは、インバーであり、他の材料
    のうちの少くとも１つは、シリコンのそれより高い熱膨張係数を有するものであ
    ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の印刷ヘッド組立体。
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