JP3132884B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

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の構造に関し、一層詳しくは積
層構造を持つインクジェットヘッドに関する。周知のよ
うに、インクジェットプリンタは記録紙等の記録媒体に
非接触で印字を行い得るという特徴を有する。すなわ
ち、インクジェットプリンタれ、該ノズルからインク微
小滴を印字データに基づいて選択に噴射させることによ
り記録媒体に印字が行われる。このためインクジェット
プリンタには記録媒体に対する制限が少なく、カラー化
が容易であり、高速印字を比較的容易にかつ低騒音で行
い得る等の利点がある。

【０００２】

【従来の技術】上述したように、インクジェットプリン
タの印字ヘッドすなわちインクジェットヘッドにはイン
ク微小滴を噴射させるために複数のインク噴射ノズルが
設けられるが、これらインク噴射ノズルのそれぞれはイ
ンク流路を介して圧力室に連通させられ、その圧力室は
リストリクタを介してインク溜に連通させられる。各圧
力室には電気機械変換素子例えば圧電素子が適用され、
この圧電素子に電圧を印加すると、圧力室の容積変化が
生じ、これによりインク噴射ノズルからはインク微小滴
が噴射させられる。インク噴射ノズルの径は数ミクロン
オーダーのサイズを持ち、またインク流路の幅も数十ミ
クロンから数百ミクロンのオーダーとされ、しかもイン
ク噴射ノズルは数ミクロンのオーダーの所定ピッチで配
列しなくてはならない。したがって、インクジェットヘ
ッドの製造には精密加工の伴うためにその製造コストは
比較的高く付くことになる。

【０００３】近年、インクジェットヘッドをできるだけ
単純な工程でしかも低コストで製造するためにインクジ
ェットヘッドを積層構造として構成することが試みられ
ている。例えば、図１１に示した従来のインクジェット
ヘッド１０は積層構造を持つインクジェットヘッド本体
１２を具備し、このインクジェットヘッド本体１２は図
１２に示すようにステンレス、ガラスあるいはセラミッ
ク材料から形成される流路板１４を具備し、この流路板
１４には所定の間隔で配列された複数の圧力室１４ａ
と、各圧力室１４ａの前端側から延びてインク噴射ノズ
ルに終端するインク流路１４ｂと、各圧力室１４ａの後
端から延びるリストリクタ１４ｃと、各リストリクタ１
４ｃから後方に延びるインク流路１４ｄと、これれらイ
ンク流路１４ｄと連通する共通のインク溜１４ｅとが例
えばエッチング加工によって形成される。流路板１４ａ
には例えばステンレス等から形成される振動板１６が適
用され、この振動板１６には圧力室１４ａに対応する領
域に圧電素子片１６ａが貼り付けられる。また、各圧電
素子片１６ａには電極板（図示されない）が適用され、
各電極板から半田付けあるいは圧着されたリード線が引
き出される。なお、振動板１６は圧電素子片１６ａのそ
れぞれに適用された電極板の対向電極として例えば接地
される。このような積層構造を例えば２つ重ね合わせる
ことにより、インクジェットヘッド１０は上下方向に二
列に配置されたインク噴射ノズルを備え、その二列のイ
ンク噴射ノズルの配列ピッチは互いに上下方向に半ピッ
チずらされ、かくして所定の画素ピッチすなわちドット
ピッチで印字が行われることになる。例えば、二列のイ
ンク噴射ノズルのそれぞれが１２個含む場合には、２４
×２４マトリックスで印字が行われることになる。

【０００４】図１２に示すように、インクジェットヘッ
ド本体１２にはインク供給用の補助タンク１７がその側
面に取り付けられ、この補助タンク１７はインク溜１４
ｅと連通させられ、これによりインクが該インク溜１４
ｅに順次補給される。インクジェットヘッド本体１２が
図１１に示すようにインクジェットヘッド１０のホルダ
部１８に収納されると、補助タンク１７の供給口１７ａ
はインク供給用の主タンク２０に可撓性ホース２２を介
して接続される。インクジェットヘッド１０はキャリッ
ジ２４上に搭載され、このキャリッジ２４はプラテン２
６に沿って移動させられ、このときプラテン２６によっ
て保持された記録媒体例えば記録用紙Ｐに向かってイン
クジェットヘッド本体１２からインク微小的が印字デー
タに基づいて噴射させられて、例えば参照符号２８で示
すような印字が行われることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなインクジェットヘッド本体の積層構造によれば、多
数の圧力室、インク流路およびインク噴射ノズル等をエ
ッチング加工により比較的高精度で一度に作成し得ると
いう利点はあるが、インクジェットヘッド本体の全体を
構成する際には様々な面倒な手間が掛かり、このため製
造コストが比較的嵩む点が問題とされている。詳述する
と、例えば、インクジェットヘッド本体のノズル端面に
平面性を与えるためにラップ加工することが必要であ
り、このラップ加工時にインク噴射ノズルの目詰まりが
生じることがあり、その目詰まりを排除するための後処
理が伴うこと、圧電素子片およぼ電極板を一枚ずつ貼り
付けて接着する工程も面倒であること等により、製造コ
ストが高く付くことになる。また、一枚の流路板からは
一列のインク噴射ノズルしが得られないために、所定の
印字品質を得るためには少なくとも二枚の流路板が必要
となり、その分だけ製造工程が複雑化する点も問題とな
る。したがって、本発明の目的は積層構造を持つインク
ジェットヘッドであって、従来の場合よりも簡単な製造
工程でしかも低コストで製造し得るインクジェットヘッ
ドを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるインクジェ
ットヘッドは、圧力室の一部を成す振動板に積層された
電気機械変換素子片に電圧を印加することによって、前
記圧力室の容積変化が生じ、これによってインク噴射ノ
ズルからインク微小滴が噴射するインクジェットヘッド
であって、前記インク噴射ノズルを複数有するノズル板
と、インク噴射ノズルに対応して配列されたインク流路
と、インク流路のそれぞれに連通した圧力室と、圧力室
から延びたリストリクタと、各圧力室にそのリストリク
タを介して連通する共通のインクとを有する流路板と、
前記圧力室と、前記振動板と、前記振動板に積層されて
かつ前記流路板の前記圧力室に対応した領域に前記電気
機械変換素子片を有する振動板と、この振動板に適用さ
れかつ前記流路板の圧力室に対応した領域に電気機械変
換素子片を持つ駆動板と、この駆動板に積層されてかつ
前記電気機械変換素子片に対応した領域に電極片を持つ
電極板とを具備し、前記ノズル板と、前記流路板と、前
記振動板と、前記駆動板と、前記電極板とが一体的な積
層構造とされることが特徴とされる。

【０００７】

【作用】以上の構成から明らかなように、本発明による
インクジェットヘッドにおいては、ノズル板には所定の
ピッチで配列した複数のインク噴射ノズルが形成されて
いるので、上述した従来のようにラップ加工は必要とさ
れず、このためラップ時発生するごみ等によるインク噴
射ノズルの目詰まりの問題は解消される。また、本発明
によれば、駆動板および電極板のそれぞれには電気機械
変換素子片および電極片が予め形成されているので、ノ
ズル板、流路板、振動板、駆動板および電極板を一体的
な積層構造とする際には個々の電気機械変換素子片およ
び個々の電極片を貼り付ける作業は必要とされない。更
に、本発明によれば、ノズル板を用いることにより、単
一の流路板に対して二列以上のインク噴射ノズルを配列
することが可能である。

【０００８】

【実施例】図１ないし図１０を参照して、本発明による
インクジェットヘッドの実施例について説明する。先
ず、図１ないし図６を参照すると、本発明によるインク
ジェットヘッドの第１の実施例が示され、このインクジ
ェットヘッドはノズル板３０を具備し、このノズル板３
０は例えばステンレス、ガラス、セラミック等の適当な
材料から形成される。ノズル板３０には上下に配列され
た二列のインク噴射ノズル３０ａがマイクロドリル、放
電加工、エレクトロフォーミング等により形成される。
図２に最もよく図示するように、二列のインク噴射ノズ
ル３０ａは互いに同じピッチで配列されるが、しかし一
方の列のインク噴射ノズルは他方の列のインク噴射ノズ
ルに対して半ピッチずらされて配置される。なお、本実
施例では、各列には７つのインク噴射ノズル３０ａが含
まれるので、１４×１４マトリックスで印字が行われる
が、必要に応じて各配列のインク噴射ノズルの数を増や
すことが可能である。

【０００９】また、インクジェットヘッドは流路板３２
を具備し、この流路板３２は本実施例ではステンレスあ
るいはガラスから形成される。図３に詳しく図示するよ
うに、流路板３２にはノズル板３０の二列のインク噴射
ノズル３０ａにそれぞれ対応して左右に配列されたイン
ク流路３２ａが形成され、ノズル板３０が流路板３２に
適用された際に左右二列のインク噴射ノズル３０ａが左
右のインク流路３２ａの内側先端部でそれぞれ開口する
ようになっている。左右に配列されたインク流路３２ａ
のぞれぞれは圧力室３２ｂに連通させられ、各圧力室３
２ｂはリストリクタ３２ｃを介して共通のインク溜３２
ｄに連通させられる。本実施例では、インク流路３２
ａ、圧力室３２ｂ、リストリクタ３２ｃおよびインク溜
３２ｄの形成については、ステンレスあるいはガラスの
板素材にエッチング等の溝付け加工によって高精度で行
うことが可能であり、この場合流路板３２の底面側は振
動板として機能することになる。すなわち、図４に示す
ように、流路板３２には流路板部分３２ｅおよび振動板
部分３２ｆが含まれ、これは単一の板素材にかかる溝付
け加工を行うことにより得られる。もちろん、図５に示
すように、流路板部分３２ｅおよび振動板部分３２ｆを
それぞれ個別に構成することも可能であり、この場合に
は流路板部分すなわち流路板３２ｅをセラミックから形
成してもよく、一方振動板部分すなわち振動板３２ｆに
ついてはステンレスあるいはガラスから形成される。な
お、流路板部分３２ｅおよび振動板部分３２ｆをそれぞ
れ個別に構成され、しかも該流路板部分３２がステンレ
ス等の導電性材料から形成される場合には、インク流路
３２ａ、圧力室３２ｂ、リストリクタ３２ｃおよびイン
ク溜３２ｄは放電加工等で形成してもよい。図１および
図３において、参照符号３２ｇはインク溜３２ｄにイン
クを供給するインク供給通路の一部を形成する貫通孔を
示し、この貫通孔３２ｇは部分的にインク溜３２ｄに開
口させられる。

【００１０】インクジェットヘッドは更に駆動板３４を
具備し、この駆動板３４は本実施例ではステンレス、ガ
ラスあるいは合成樹脂等から形成される。駆動板３４の
一方の側面すなわち流路板３２の振動板部分３２ｆに適
用される側の側面には図６に示すように電気機械変換素
子片例えば圧電素子片３４ａが適当な接着剤によって貼
り付けられ、これら圧電素子片３４ａの配置形態は流路
板３２の圧力室３２ｂの配置形態と一致させられる。す
なわち、駆動板３４が流路板３２に適用された際に各圧
電素子片３４ａはそれに該当する圧力室３２ｆの領域に
位置させられる。圧電素子片３４ａの厚さが比較的大き
な場合には、駆動板３４に凹部を形成してそこに圧電素
子片３４ａを埋め込み、該駆動板３４の表面をできるだ
け均一な平面にすることが好ましい。駆動板３４が圧電
特性を持ち得るセラミックから形成される場合には、圧
力室３２ｆの領域に対応する領域にポーリング電圧を印
加し、その領域だけに圧電特性を付与するようにしても
よい。駆動板３４にも貫通孔３４ｂが設けられ、この貫
通孔３４ｂは流路板３２の貫通孔３２ｇと整列されてイ
ンク供給路の一部を形成する。

【００１１】インクジェットヘッドは更に電極板３６を
具備し、この電極板３６はセラミック、ガラス等の絶縁
材料から形成される。電極板３６の一方の側面すなわち
駆動板３４にされる側の側面には電極片３６ａが形成さ
れ、これら電極片３６ａの配置形態は駆動板３４の圧電
素子片３４ａの配置形態に一致させられる。各電極片３
６ａは良導体金属薄板を接着剤でもって貼り付けてもよ
いが、好ましくは絶縁材料の板素材に導電性ペーストを
プリントすることにより形成され、各電極片３６ａから
はリード部が引き出される。振動板３２ｆがステンレス
等の導電性金属によって形成される場合には、それ自体
が複数の電極片３６ａに対して共通の対向電極として接
地させられるが、振動板３２ｆが絶縁材料とされるとき
は振動板３２ｆと駆動板３４との間に導電性ペーストに
よる電極層あるいは金属薄板等が介在させられる。駆動
板３６にも貫通孔３６ｂが設けられ、この貫通孔３６ｂ
は駆動板３４の貫通孔３４ｂと整列されてインク供給路
の一部を形成する。

【００１２】上述したノズル板３０、流路板３２（ある
いは図５に示す流路板３２ｅ、振動板ｆ）、駆動板３４
および電極板３６は互いに一体的な積層構造として固着
される。このような固着については適当な接着剤によっ
て行ってもよく、あるいは拡散結合等によって行うこと
もできる。また、かかる構成部材のすべてがステンレ
ス、ガラス、セラミック等の耐熱材料から形成される場
合には、焼結による固着も行い得る。このようにして、
インクジェットヘッドが一体的な積層構造として得られ
ると、圧電素子片３４ａが振動板３２ｆに固着され、こ
れによりインクジェットヘッドは所謂バイモルフ駆動方
式で作動させらることになる。インクジェットヘッドが
インクジェットプリンタのキャリッジ（図示されない）
上に搭載されるとき、電極板３４の各電極片３４ａから
引き出されたリード部は電圧印加回路に個々に接続さ
れ、これにより電極片３４ａには印字データに応じて選
択的にパルス電圧が印加される。また、キャリッジへの
インクジェットヘッドの搭載時には、インク供給通路
（３２ｇ、３４ｂ、３６ｂ）は該キャリッジ上に設けら
れたインク供給タンク（図示されない）に接続される
か、あるいはインクジェットプリンタの本体側に設けら
れたインク供給タンクに可撓性ホースを介して接続され
る。

【００１３】図７を参照すると、本発明によるインクジ
ェットヘッドの第２の実施例が示され、このインクジェ
ットヘッドはその積層構造の一部としてインク供給用の
補助タンク３８を電極板３６に固着させた点を除けば図
１なしい図６に示したものと同様である。補助タンク３
８は合成樹脂から形成して電極板３６に接着してもよい
が、それが耐熱材料から作られる場合には焼結によって
電極板３６に固着させることもできる。補助タンク３８
にはインク供給口３８ａが形成され、このインク供給口
３８ａはインク供給通路（３２ｇ、３４ｂ、３６ｂ）と
接続される。

【００１４】図８を参照すると、本発明によるインクジ
ェットヘッドの第３の実施例が示され、このインクジェ
ットヘッドには、その積層構造の一部として、ノズル板
３０のインク噴射ノズル３０ａを閉鎖し得るようになっ
た閉鎖体を保持するための閉鎖体保持部材４０が取り付
けられ、この点を除けば、図８のインクジェットヘッド
も図１なしい図６に示したものと同様である。この第３
の実施例では、閉鎖体保持部材４０は矩形状の枠体とし
て構成され、その中央領域にはインク噴射ノズル３０ａ
のすべてを露出し得るようになった矩形状開口部４０ａ
が形成される。閉鎖体保持部材４０は下側部部分は中空
とされ、その中には閉鎖体として磁性流体が収容され
る。閉鎖体保持部材すなわち枠体４０の内側下方縁部す
なわち矩形状開口部４０ａの下辺を画定する縁部には磁
性流体の出入り口が形成される。インクジェットヘッド
がインクジェットプリンタのキャリッジに搭載され、か
つその休止位置に置かれた際に、インクジェットプリン
タの本体側またはインクジェットヘッド側に設けられた
可動永久磁石が閉鎖体保持部材４０に沿って上昇させら
れられると、磁性流体が磁気吸引力でもって引き上げら
れ、この引き上げられた磁性流体は上述の出入り口から
矩形状開口部４０ａ内に流入することになる。図８で
は、かかる引上げ磁性流体が参照符号４０ｂで示され、
この引上げ磁性流体４０ｂによってインク噴射ノズル３
０ａのすべてが閉鎖され、これにより各インク噴射ノズ
ル３０ａ内のインクの乾燥が阻止されることになる。な
お、水性のインクが使用される場合には、油性の磁性流
体を用いることが好ましい。本実施例では、閉鎖体とし
て、磁性流体が用いられたが、その他の閉鎖体として、
例えば磁性以外の流体あるいは可動弾性ゴム片を用いる
ことも可能であり、その可動弾性ゴム片を閉鎖位置と非
閉鎖位置との間で駆動させる駆動手段は閉鎖体保持部材
側に設けてもよいし、あるいはインクジェットプリンタ
の本体側に設けることも可能である。

【００１５】本発明においては、図１ないし図６に示し
たインクジェットヘッドの積層構造に補助タンク３８お
よび閉鎖体保持部材４０の双方を取り付けることも可能
であり、その概略構造が一部破断断面図として図９に示
される。なお、同図では、上述の第１、第２および第３
の実施例に対応する構成要素には同じ参照符号が用いら
れている。

【００１６】図１０は補助タンクを持つインクジェット
ヘッドをインクジェットプリンタに組み込んだ際の概略
構成例が平面図として示され、同図において、参照符号
４２はキャリッジ（図示されない）上に搭載されたイン
クジェットヘッドを示し、また参照符号４４はインク供
給用の主タンクを示し、更に参照符号４６および４８は
それぞれプラテンおよび記録用紙を示す。印字作動時、
インクジェットヘッド４２はプラテン４６に沿ってすな
わち矢印５０で示す方向に沿って往復移動させられ、こ
れにより記録用紙４８に印字を行う。印字作動の停止
時、インクジェットヘッド４２は図１０に示す休止位置
に置かれ、このとき主タンク４４から延びる可動パイプ
５２がインクジェットヘッド４２の補助タンク（３８）
のインク供給口に接続され、これにより該補助タンクは
主タンクからインクの供給を受ける。インクジェットヘ
ッド自体の垂直方向高さは通常約20mm程度とされ、また
その水平方向の長さすなわちインクジェットヘッドの移
動方向に沿う長さは約30mm程度とされるので、その補助
タンクの容量は２ccないし10cc程度が妥当である。した
がって、図１０に図示するように、インクジェットプリ
ンタの本体側に設けた主タンク４４からインクを補助タ
ンクに適宜供給することが好ましい。なお、主タンク４
４の容量は在来のインクジェットプリンタのインクタン
クの容量と同様に50ないし200cc 範囲内とすることが好
ましい。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によるインクジェットヘッドの積層構造は図１２に示し
た従来例の場合よりも容易に組立できるだけでなく、そ
の製造コストも低く抑えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェットヘッドの第１の実
施例を示す部品配列斜視図である。

【図２】図１のインクジェットヘッドのノズル板を示す
拡大正面図である。

【図３】図１のインクジェットヘッドの流路板を示す拡
大正面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であって、流
路板および振動板を一体形成した例を示す図である。

【図５】図４と同様な断面図であって、流路板および振
動板をそれぞれ個別に形成した例を示す図である。

【図６】図１のインクジェットヘッドの駆動板を示す拡
大正面図である。

【図７】本発明によるインクジェットヘッドの第２の実
施例を示す部品配列斜視図である。

【図８】本発明によるインクジェットヘッドの第３の実
施例を示す部品配列斜視図である。

【図９】図１ないし図６に示したようなインクジェット
ヘッドの積層構造に補助タンクおよび閉鎖体保持部材の
双方を取り付けた実施例を概略的に示す一部破断断面図
である。

【図１０】補助タンクを持つインクジェットヘッドをイ
ンクジェットプリンタに組み込んだ際の概略構成例を示
す平面図である。

【図１１】従来のインクジェットプリンタの概略構造を
示す側面図である。

【図１２】図１１のインクジェットプリンタのインクジ
ェットヘッド本体を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０…インクジェットヘッド １２…インクジェットヘッド本体 １４…流路板 １４ａ…圧力室 １４ｂ…インク流路 １４ｃ…リストリクタ １４ｄ…インク流路 １４ｅ…インク溜 １６…振動板 １６ａ…圧電素子片 １７…補助タンク １７ａ…供給口 １８…ホルダ部 ２０…主タンク ２２…可撓性ホース ２６…プラテン ３０…ノズル板 ３０ａ…インク噴射ノズル ３２…流路板 ３２ａ…インク流路 ３２ｂ…圧力室 ３２ｃ…リストリクタ ３２ｄ…インク溜 ３２ｅ…流路板部分 ３２ｆ…振動板部分 ３２ｇ…貫通孔 ３４…駆動板 ３４ａ…圧電素子片 ３４ｂ…貫通孔 ３６…電極板 ３６ａ…電極片 ３６ｂ…貫通孔 ３８…補助タンク ４０…閉鎖体保持部材 ４０ａ…矩形状開口部 ４０ｂ…磁性流体 ４２…インクジェットヘッド ４４…主タンク ４６…プラテン ４８…記録用紙 ５２…可動パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 英幸 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 笹生 浩 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−166340（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−134246（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−63746（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−177841（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16 B41J 2/01

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力室の一部を成す振動板に積層された
   電気機械変換素子片に電圧を印加することによって、前
   記圧力室の容積変化が生じ、これによってインク噴射ノ
   ズルからインク微小滴が噴射するインクジェットヘッド
   であって、 前記インク噴射ノズルを複数有するノズル板と、 インク噴射ノズルに対応して配列されたインク流路と、
   インク流路のそれぞれに連通した前記圧力室と、圧力室
   から延びたリストリクタと、各圧力室にそのリストリク
   タを介して連通する共通のインク溜まりとを有する流路
   板と、 前記振動板と、 前記振動板に積層されてかつ前記流路板の前記圧力室に
   対応した領域に前記電気機械変換素子片を有する駆動板
   と、 この駆動板に積層されてかつ前記電気機械変換素子片に
   対応した領域に電極片を有する電極板とを具備し、 前記ノズル板と、前記流路板と、前記振動板と、前記駆
   動板と、前記電極板とが一体的な積層構造とされること
   を特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   において、 前記流路板と前記振動板とが単一の板材料から形成され
   て一体化されていることを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のインク
   ジェットヘッドにおいて、前記電極板に対して補助タン
   クが更に適用されて一体的な積層構造とされ、前記補助
   タンクが前記電極板、駆動板および振動板を貫通して形
   成されたインク供給路を介して前記流路板のインク溜と
   連通させられることを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までのいずれか１
   項に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル
   板のインク噴射ノズルを閉鎖し得るようになった閉鎖体
   を保持するための閉鎖体保持部材が該ノズル板に対して
   更に適用されて一体的な積層構造とされることを特徴と
   するインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 請求項３に記載のインクジェットヘッド
   において、前記補助タンクがインクジェットヘッドの休
   止位置で主タンクと着脱自在に接続されてインク補充を
   受けることを特徴とするインクジェットヘッド。