JP2004188687A - インクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッドにおいて、接着層を形成する接着剤のはみ出しに起因したノズルの目詰まりを防止する。
【解決手段】インクが吐出される複数のノズル１５が形成されたノズルプレート１６と、インク流路１７を介してノズル１５に連通して形成されてインクを貯留する圧力室、および当該圧力室内のインクに圧力を付与してノズル１５からインクを吐出させるアクチュエータが設けられたヘッド本体１１と、ノズルプレート１６とヘッド本体１１との間に設けられ、ノズルプレート１６とヘッド本体１１とを接着する接着層１２とを有し、インク流路１７の接着層側端部と当該端部よりも内側に位置するノズル１５の接着層側端部との距離ｐと接着層１２の厚さｔとが０≦ｐ≦２ｔの関係を有し、ノズル１５の接着層側における軸方向断面の角度θ１を４５度≦θ１≦１１０度とする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェットヘッドとして、複数のノズルが形成されたノズルプレートをヘッド本体に接合したものが知られている。この種のインクジェットヘッドでは、ヘッド本体には、インクを貯留する複数の圧力室と、各圧力室につながるインク流路と、圧力室内のインクに圧力を付与してノズルからインクを吐出させるアクチュエータとが設けられている。
【０００３】
ノズルプレートは、各ノズルが各インク流路とつながるように、ヘッド本体に接合されている。そして、アクチュエータが圧力室内のインクに圧力を加えることにより、圧力室内のインクの一部がインク流路を流れ、ノズルからインク滴となって吐出される。
【０００４】
ところで、ノズルプレートとヘッド本体との接合に際しては、接着剤が用いられることが多い。しかし、ノズルおよびインク流路は径が極めて小さいため、接着に際して課題が存在する。
【０００５】
それは、接着剤がインク流路やノズルにはみ出し、インクの吐出不良を招くおそれがあるということである。すなわち、接着剤がはみ出すと、インクの流動抵抗が増加して所期のインク吐出性能を得ることができなくなるのみならず、はみ出した接着剤が熱硬化のときにノズルに流れ込み、ノズルの目詰まりの原因になってしまう。
【０００６】
そこで、上記の弊害を防止するため、種々の技術が提案されている。例えば、特開平５−３３００６７号公報には、接着剤のインク流路へのはみ出しを防止するために、ヘッド本体に接着剤の逃げ溝を設けることが提案されている。特開２００１−６３０５２号公報には、複数の流路プレートを積層することによってヘッド本体を形成し、それら流路プレートに対し、積層方向に空気を逃がすための貫通穴を設けることが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−３３００６７号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００１−６３０５２号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平５−３３００６７号公報および特開２００１−６３０５２号公報に開示されたインクジェットヘッドでは、ヘッド本体に逃げ溝または貫通穴を設ける必要があったため、ヘッド本体の構造が複雑になり、歩留まりの低下および製造コストの上昇を招いていた。
【０００９】
また、接着剤として熱硬化性の接着剤等を用いる場合には、乾燥硬化の過程でガスや水分等の副生成物が生成されることがある。しかし、上記インクジェットヘッドでは、接着剤をヘッド本体またはノズルプレートに対してべた塗りしており、副生成物に対する配慮はなされていない。
【００１０】
そこで、本発明は、接着層を形成する接着剤のはみ出しに起因したノズルの目詰まりを防止することのできるインクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、インクが吐出される複数のノズルが形成されたノズルプレートと、インク流路を介してノズルに連通して形成されてインクを貯留する圧力室、および当該圧力室内のインクに圧力を付与してノズルからインクを吐出させるアクチュエータが設けられたヘッド本体と、ノズルプレートとヘッド本体との間に設けられ、ノズルプレートとヘッド本体とを接着する接着層とを有し、インク流路の接着層側端部と当該端部よりも内側に位置するノズルの接着層側端部との距離をｐ、接着層の厚さをｔとしたときに、距離ｐと厚さｔとが０≦ｐ≦２ｔの関係を有し、ノズルの接着層側における軸方向断面の角度θ１が４５度≦θ１≦１１０度としたものである。
【００１２】
これによれば、接着層を形成する接着剤のはみ出しに起因したノズルの目詰まりを防止することが可能になることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、インクが吐出される複数のノズルが形成されたノズルプレートと、インク流路を介してノズルに連通して形成されてインクを貯留する圧力室、および当該圧力室内のインクに圧力を付与してノズルからインクを吐出させるアクチュエータが設けられたヘッド本体と、ノズルプレートとヘッド本体との間に設けられ、ノズルプレートとヘッド本体とを接着する接着層とを有し、インク流路の接着層側端部と当該端部よりも内側に位置するノズルの接着層側端部との距離をｐ、接着層の厚さをｔとしたときに、距離ｐと厚さｔとが０≦ｐ≦２ｔの関係を有し、ノズルの接着層側における軸方向断面の角度θ１が４５度≦θ１≦１１０度であるインクジェットヘッドであり、接着層を形成する接着剤のはみ出しに起因したノズルの目詰まりを防止することが可能になるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、接着層の厚さｔが、ｔ＝１〜５μｍであるインクジェットヘッドであり、接着層を形成する接着剤のはみ出しに起因したノズルの目詰まりを防止することが可能になるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、インク流路の接着剤層側における軸方向断面の角度θ２が４５度≦θ２≦１１０度であるインクジェットヘッドであり、接着層を形成する接着剤のはみ出しに起因したノズルの目詰まりを防止することが可能になるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、接着層は、接着剤をスクリーン印刷法で塗布して形成されているインクジェットヘッドであり、接着層を形成する接着剤のはみ出しに起因したノズルの目詰まりを防止することが可能になるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、目詰まりのない良好なインク吐出性能により高画質の印字を行うことが可能になるという作用を有する。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００１９】
図１は本発明のインクジェットヘッドを備えた記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図２は図１の記録装置に装着された本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す断面図、図３は本発明のインクジェットヘッドにおけるノズルの一例である軸方向断面形状を示す断面図、図４は本発明のインクジェットヘッドにおけるノズルの他の一例である軸方向断面形状を示す断面図、図５は本発明のインクジェットヘッドでのノズルの接着層側における軸方向断面の角度とノズルの目詰まり率との関係を示すグラフ、図６は本発明のインクジェットヘッドにおけるインク流路の一例である軸方向の断面形状を示す断面図、図７は本発明のインクジェットヘッドにおけるインク流路の他の一例である軸方向の断面形状を示す断面図である。
【００２０】
図１に示すインクジェット式記録装置（記録装置）４０は、アクチュエータを構成する強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行うインクジェットヘッド（インク吐出ヘッド）４１を備え、インクタンク（図示せず）から供給されてインクジェットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものである。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動する。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
【００２１】
図２に示すように、インクジェットヘッド４１は、複数のノズル１５が形成されたノズルプレート１６と、このノズルプレート１６が接合されたヘッド本体１１とを有している。
【００２２】
ここで、ヘッド本体１１は、流路板１９と、圧力室２３を区画形成する区画部材２４およびアクチュエータ２５を積層してなる圧力室部材１３とを備えている。
【００２３】
そして、流路板１９には、圧力室２３とノズル１５とを連通するインク流路１７と、圧力室２３内にインクを導入する共通インク室１８と、共通インク室１８と圧力室２３とを連通するインク供給路２０とが設けられている。流路板１９は、複数枚の薄板を積層することによって形成されている。ここでは、流路板１９は５枚の薄板によって形成されている。薄板としては、例えばステンレス等を好適に用いることができる。
【００２４】
圧力室部材１３の区画部材２４は、感光性ガラスによって形成されている。ただし、区画部材２４の種類は感光性ガラスに限定されるものではない。区画部材２４には、流路板１９のインク供給路２０とインク流路１７とにまたがるように圧力室２３が形成されている。圧力室２３は、主走査方向Ｘに延びるように長溝状に形成され、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて配設されている。
【００２５】
アクチュエータ２５は、区画部材２４の圧力室２３を覆うように区画部材２４の上側面（ノズルプレート１６が設けられる側と反対側の面）に設けられている。アクチュエータ２５は圧電素子の圧電効果を利用するいわゆるピエゾ式のアクチュエータであって、特に、たわみ振動型のアクチュエータである。このアクチュエータ２５は、アクチュエータ２５のたわみ変形によって圧力室２３の容積を拡大および縮小させ、その拡大および縮小に伴う圧力室２３内の圧力変化によって、ノズル１５からインク滴を吐出し且つ共通インク室１８から圧力室２３にインクを充填する。
【００２６】
図示は省略するが、アクチュエータ２５は、圧力室２３を覆う振動板と、振動板を振動させる薄膜の圧電素子と、個別電極とが順に積層されて構成されている。振動板は、厚さ２μｍのクロム板からなっていて、個別電極と共に圧電素子に電圧を印加するための共通電極としての機能をも有している。圧電素子は、圧力室２３に対応して設けられており、厚さ０．５μｍ〜５μｍのＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）等を好適に用いることができる。本実施の形態では、圧電素子の厚みは３μｍに設定されている。個別電極は厚さ０．１μｍの白金板からなっており、アクチュエータ２５の全体の厚さは約５μｍとなっている。
【００２７】
ヘッド本体１１の全体の厚みは、たとえば４８０μｍに設定されている。ノズルプレート１６は、厚さ２０μｍのポリイミド板によって形成されている。
【００２８】
そして、アクチュエータ２５が圧力室２３内のインクに圧力を加えることにより、圧力室２３内のインクの一部がインク流路１７を流れ、ノズル１５からインク滴となって吐出される。
【００２９】
図示するように、流路板１９とノズルプレート１６との間には接着層１２が介在している。つまり、ノズルプレート１６とヘッド本体１１とは、接着層１２を構成する接着剤により相互に接合されている。なお、接着剤の種類は特に限定されるものではなく、例えばエポキシ系、シリコーン系またはアクリル系の接着剤を好適に用いることができる。ただし、エポキシ系接着剤は耐インク性、剛性、チクソ性等に優れているので、信頼性および接着強度を向上する観点から、エポキシ系接着剤が特に好ましい。
【００３０】
なお、接着剤は、ノズルプレート１６またはヘッド本体１１に対してスクリーン印刷法によって塗布するのが望ましい。
【００３１】
スクリーン印刷では、ノズルプレート１６の接着面に接着剤を所定のパターンに塗布する。ここでは、接着剤として樹脂接着剤を用い、ノズルプレート１６に対して塗布する方法について説明する。但し、ヘッド本体１１に対して塗布してもよい。
【００３２】
接着剤の塗布に際しては、まず、接着剤の配置パターンに対応した形状に形成されたメッシュ（図示せず）を、ノズルプレートの接着面に対向させる。次に、メッシュの上に接着剤を載せ、スキージ（図示せず）によって、メッシュの上から接着剤をノズルプレート１６に押しつける。これにより、メッシュの小孔の内部に接着剤が押し込まれ、ノズルプレート１６上に接着剤が所定のパターンに配置される。
【００３３】
以上のようにしてノズルプレート上に接着剤を塗布した後、ノズルプレート１６とヘッド本体１１との位置合わせを行い、ノズルプレート１６とヘッド本体１１とを互いに押し当てて接着させる。そして、ノズルプレート１６とヘッド本体１１と接着した後、所定時間かけて熱硬化させる。
【００３４】
このようなスクリーン印刷法によれば、接着剤を所望のパターンに高精度に配置することができる。
【００３５】
ここで、本実施の形態では、１μｍ〜２０μｍの厚さの接着剤を塗布し、それを加圧硬化することにより１μｍ〜１０μｍ（好ましくは１〜５μｍ程度）の接着層１２を形成することとした。
【００３６】
ここで、本発明者は、インクジェットヘッドにおけるノズル１５の軸方向断面形状について考察を行った。すなわち、ノズル１５の接着層側における軸方向断面の角度θ１を図３に示すように鈍角から順次鋭角に変えてゆき、角度θ１とノズル１２の目詰まり率とについてのデータを採取した。
【００３７】
この場合において、インク流路１７の接着層側の端部とこの端部よりも内側に位置するノズル１５の接着層側の端部との距離ｐと、接着層の厚さｔとは、０≦ｐ≦２ｔの関係を有するようにした。
【００３８】
また、ノズル１５の開口部の径は２０〜５０μｍ、接着層側の径は３５μｍとした。さらに、インク流路１７の径は４０μｍ、前述した距離ｐは２．５μｍ、厚さｔ（接着剤硬化後）は３μｍである。なお、本発明はこれらの数値に限定されるものではないことはもちろんである。
【００３９】
得られたデータを図５に示す。
【００４０】
図５より、角度θ１が１１０度以上では目詰まり率が急激に悪化しているため、インクジェットプリンタのノズルとしては使用に適しないことがわかる。
【００４１】
また、角度θ１が１１０度以下ではノズルの目詰まり率の悪化が顕著になる現象は発生していない。しなしながら、角度θ１が４５度未満では、角度が浅すぎてノズル１５の開口部が非常に大きくなってしまい、ノズル１２の高密度化を実現することが困難になる。
【００４２】
したがって、ノズル１２の接着層側における軸方向断面の角度θ１は４５度≦θ１≦１１０度が最適となる。
【００４３】
本発明者は、インク流路１７の接着剤層側における軸方向断面の角度θ２についても考察を行った（図６、図７）。その結果、角度θ１と同様に、１１０度以上では目詰まり率が急激に悪化した。また、角度θ２が４５度未満では、角度が浅すぎて段差に近くなってしまい、ノズル１５近傍におけるインクの流動が不安定になってしまう。
【００４４】
したがって、インク流路１７の接着剤層側における軸方向断面の角度θ２についても４５度≦θ２≦１１０度が最適となる。
【００４５】
なお、本発明では、角度θ１が４５〜１１０度であればよく、角度θ２はこの条件を満たしていなくてもよい。
【００４６】
このように、本実施の形態のインクジェットヘッドでは、インク流路１７の接着層側端部とノズル１５の接着層側端部との距離ｐと、接着層１２の厚さｔとが０≦ｐ≦２ｔの関係を有し、ノズル１５の接着層側における軸方向断面の角度θ１を４５度≦θ１≦１１０度としているので、さらにはインク流路１７の接着剤層側における軸方向断面の角度θ２を４５度≦θ２≦１１０度としているので、接着層１２を形成する接着剤のはみ出しに起因したノズル１５の目詰まりを防止することが可能になる。
【００４７】
したがって、このようなインクジェットヘッドを備えインクジェット式記録装置では、目詰まりのない良好なインク吐出性能により高画質の印字を行うことが可能になる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、接着層を形成する接着剤のはみ出しに起因したノズルの目詰まりを防止することが可能になるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドを備えた記録装置の全体概略構成を示す斜視図
【図２】図１の記録装置に装着された本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す断面図
【図３】本発明のインクジェットヘッドにおけるノズルの一例である軸方向断面形状を示す断面図
【図４】本発明のインクジェットヘッドにおけるノズルの他の一例である軸方向断面形状を示す断面図
【図５】本発明のインクジェットヘッドでのノズルの接着層側における軸方向断面の角度とノズルの目詰まり率との関係を示すグラフ
【図６】本発明のインクジェットヘッドにおけるインク流路の一例である軸方向の断面形状を示す断面図
【図７】本発明のインクジェットヘッドにおけるインク流路の他の一例である軸方向の断面形状を示す断面図
【符号の説明】
１１ ヘッド本体
１２ 接着層
１５ ノズル
１６ ノズルプレート
２３ 圧力室
２５ アクチュエータ
４０ インクジェット式記録装置
４１ インクジェットヘッド

Claims (5)

1. インクが吐出される複数のノズルが形成されたノズルプレートと、
   インク流路を介して前記ノズルに連通して形成されてインクを貯留する圧力室、および当該圧力室内のインクに圧力を付与して前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータが設けられたヘッド本体と、
   前記ノズルプレートと前記ヘッド本体との間に設けられ、前記ノズルプレートと前記ヘッド本体とを接着する接着層とを有し、
   前記インク流路の前記接着層側端部と当該端部よりも内側に位置する前記ノズルの前記接着層側端部との距離をｐ、前記接着層の厚さをｔとしたときに、距離ｐと厚さｔとが０≦ｐ≦２ｔの関係を有し、
   前記ノズルの前記接着層側における軸方向断面の角度θ１が４５度≦θ１≦１１０度であることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記接着層の厚さｔが、ｔ＝１〜５μｍである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。
3. 前記インク流路の前記接着剤層側における軸方向断面の角度θ２が４５度≦θ２≦１１０度であることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記接着層は、接着剤をスクリーン印刷法で塗布して形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。

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