説明

インクジェットヘッド

【課題】 高信頼性のインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】 インクジェットヘッドは、複数のノズルおよび前記複数のノズルからインクを吐出させる駆動素子を有したヘッド本体と、前記駆動素子を制御する制御部と、前記ヘッド本体および前記制御部が取り付けられたセラミックス製のベースと、を具備する。インクジェットヘッドは、内部に前記制御部を覆うように前記ベースに固定されるとともに、セラミックスの微粒子が混ぜられた樹脂で成形されたカバーと、前記ベースと前記カバーとの間に介在されるとともに、前記カバーの内部を密封した接着剤と、を具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、制御部を覆うカバーを有したインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェット式のプリンタにおいては、様々な方式のインクジェットヘッドが採用されている。例えば、ヘッド内部とヘッド外部との間でインクを循環させるインク循環式のインクジェットヘッドが存在する。一方、ヘッド内部に供給されたインクを全て使い切る非循環式のインクジェットヘッドも存在する。
【0003】
一般的に、インクジェットヘッドは、ノズルプレートに形成された複数のノズルと、インク室内に設けられてノズルからインクを吐出させる駆動素子と、インク室の外側に設けられて駆動素子を駆動するドライバIC等の電子部品を実装した駆動回路と、を有している。また、インクジェットヘッドは、例えば、セラミックス製のベースなどに固定されて使用されることも多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−160822号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、このような電子部品を実装した駆動回路をインクから保護するために、駆動回路を覆うことが可能な合成樹脂製のカバーを設けて、このカバーを接着剤でベースに接着することが考えられる。しかしながら、セラミック製のベースと合成樹脂性のカバーとの間では、線膨張係数が異なるため、インクを吐出中にインクジェットヘッドが高温になると、接着剤にひび割れを生じてしまう可能性がある。このため、このひび割れ部分からインクが浸入して、故障の原因となるおそれがある。
【0006】
本発明は、高信頼性のインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態のインクジェットヘッドは、複数のノズルおよび前記複数のノズルからインクを吐出させる駆動素子を有したヘッド本体と、前記駆動素子を制御する制御部と、前記ヘッド本体および前記制御部が取り付けられたセラミックス製のベースと、内部に前記制御部を覆うように前記ベースに固定されるとともに、セラミックスの微粒子が混ぜられた樹脂で成形されたカバーと、前記ベースと前記カバーとの間に介在されるとともに、前記カバーの内部を密封した接着剤と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態のインクジェットヘッドを示した斜視図。
【図2】図1に示すインクジェットヘッドを示した上面図。
【図3】図1に示すインクジェットヘッドのヘッド本体を模式的に示した分解斜視図。
【図4】本実施形態の接着剤の浸漬試験の試験結果を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して、インクジェットヘッドの第1の実施形態について説明する。インクジェットヘッドは、プリンタ等の印刷装置に取り付けられて、インクタンクからインクの供給を受けつつ、印刷対象物に向けてインク滴を吐出して、文字や画像を印刷対象物に形成するものである。また、本実施形態では、ヘッド内部とヘッド外部との間でインクが循環しない非循環タイプのインクジェットヘッドに適用した場合を例に説明するが、インク循環式のインクジェットヘッドにも当然に適用することができる。
【0010】
図1と図2に示すように、インクジェットヘッド11は、平板状のベース12と、ベース12に取り付けられたヘッド本体13および制御部14と、制御部14を覆うようにベース12に固定されたカバー15と、ベース12とカバー15との間に介在された接着剤16と、を備えている。インクジェットヘッド11は、さらに、図示しないインクタンクとの接続部の近傍に、インク中からゴミを除去するためのフィルタ19を有している。
【0011】
図3に示すように、ヘッド本体13は、例えば、基板17と、基板に接着された天板18と、基板17と天板18とにまたがって接着されたノズルプレート21と、を備えている。ノズルプレート21は、複数のノズル22を有している。ノズルプレート21を基板17および天板18に対して接着した状態で、各ノズル22は、それぞれ圧力室23に連通している。
【0012】
天板18には、ヘッド本体13の内部にインクを供給するための供給口24が設けられている。また、天板18の内部には、共通液室25が設けられており、共通液室25は、各圧力室23と連通している。
【0013】
基板17は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)製の2枚の圧電部材26を互いの分極方向を対向させるように張り合わせて形成されている。基板17は、その一つの面に溝状に形成された複数の圧力室23と、各圧力室23の両側部に設けられた駆動素子の一例である支柱27と、各支柱27の側面および圧力室23の底部に形成される電極28と、を有している。また、基板17上には、複数の電気配線31が設けられている。各電気配線31は、その一端で電極28に接続されるとともに、他端で制御部14のフレキシブルプリント配線板32に接続されている。
【0014】
ベース12は、例えば、アルミナ等のセラミックス材料で形成されている。このアルミナ製のベース12の線膨張係数は、例えば、5〜7×10−6である。ベース12は、その内部に作りこまれた温度調節用の流路33と、流路33に接続したアダプタ34と、を有している。このアダプタ34を介して、温度調整用の流路33内に、液体を流すことができる。温度調整用の流路33内に一定に温度管理されたお湯などを通すことによって、ヘッド本体13および制御部14のドライバIC35などの温度を一定に維持することができる。
【0015】
制御部14は、基板17の支柱27を直接制御して、ノズル22からインクを吐出させることができる。制御部14は、電気配線31に接続されたフレキシブルプリント配線板32と、フレキシブルプリント配線板32と電気的に接続されたドライバIC35と、ドライバIC35と電気的に接続された駆動回路36と、を有している。
【0016】
上記のインクジェットヘッド11のヘッド本体13および制御部14を印刷装置に搭載して、この印刷装置で印刷処理を行うには、印刷装置のインクタンクからヘッド本体13にインクを供給する必要がある。インクの供給は、供給口24を介して行われ、インクタンクから流出したインクは、供給口24、共通液室25を経由して各圧力室23内に供給される。
【0017】
また、この状態で、ユーザがプリンタに対して印刷を指示すると、プリンタのメイン基板は、インクジェットヘッド11の制御部14に対して印刷指示の信号を出力する。印刷指示の信号を受けた制御部14のドライバIC35は、電気配線31を介してパルス電圧を支柱27に印加する。これにより、左右一対の支柱27は、シェアモード変形を行って湾曲するように離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室23内の圧力を高くすることで、ノズル22からインク滴が勢い良く吐出される。
【0018】
カバー15は、その内側に制御部14を収容できる凹部を有した形状に形成されている。カバー15は、PPS(ポリフェニレンサルファイド樹脂)またはPBT(ポリブチレンテレフタレート樹脂)等の合成樹脂に、セラミックスのフィラーを混合した樹脂材料によって形成されている。このセラミックスの微粒子とは、SiOなどの無機質の微粒子で構成されている。より詳細には、カバー15は、PPSおよびPBTのいずれかに、30〜40重量%のSiOなどの無機質を混合したものを成形して形成されている。
【0019】
このカバー15の線膨張係数は、1〜2×10−5である。なお、フィラーを混合しないPPSの線膨張係数が7〜10×10−5であるので、フィラーを混合しないPPSに対して本実施形態のカバー15の線膨張係数は、5倍から10倍程度小さくなっている。このため、本実施形態において、ベース12とカバー15との間の線膨張係数の差は、1倍以上で、且つ10倍以下の範囲内に収められている。
【0020】
図2に示すように、接着剤16は、ベース12上、およびヘッド本体13上に、略「C」字状に塗布されている。接着剤16は、ベース12とカバー15との間に介在されており、カバー15の内部を密封することができる。また、接着剤16は、カバー15とベース12との間の隙間と、カバー15とヘッド本体13との間の隙間と、の両方を塞ぐようになっている。
【0021】
接着剤16の主剤は、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、またはビスフェノールF型エポキシ樹脂、あるいは両者を混ぜ合わせたもので構成されている。また、接着剤16は、硬化剤として、例えば、エポキシ樹脂系硬化剤を含有している。この接着剤16の弾性率は、例えば、3〜3.5GPaの範囲内である。本実施形態の接着剤16がエポキシ樹脂系硬化剤を含有しているため、接着剤16に耐インク性が付与されている。
【0022】
このように構成されたインクジェットヘッド11に対して−10℃〜60℃の範囲内で温度を変化させるいわゆるヒートサイクル試験を行ったところ、インクジェットヘッド11にこのような熱履歴が加わった場合でも接着剤16にクラックを生ずることがなかった。
【0023】
また、図4に示すように、発明者らは、本実施形態で使用される接着剤16をインクに浸漬して、接着剤16がインクに侵されるかどうかを判断する浸漬試験を行った。この浸漬試験では、温度45℃の条件で、接着剤16をインクA、B、Cに所定の日数(1週間、1ヶ月、3ヶ月)浸漬することで、接着剤16の耐インク性を評価した。インクA、B、Cは、いずれもアクリル系UV硬化型インクを使用した。本試験を行ったところ、いずれの場合も、接着剤の接着強度が基準値である100kg/cm2を下回ることはなく、インクA、B、Cのいずれに対しても接着剤16が耐性を発揮することが確認された。
【0024】
第1の実施形態によれば、インクジェットヘッド11は、複数のノズル22および複数のノズル22からインクを吐出させる駆動素子を有したヘッド本体13と、駆動素子を制御する制御部14と、ヘッド本体13および制御部14が取り付けられたセラミックス製のベース12と、内部に制御部14を覆うようにベース12に固定されるとともに、セラミックスの微粒子が混ぜられた樹脂で成形されたカバー15と、ベース12とカバー15との間に介在されるとともに、カバー15の内部を密封した接着剤16と、を具備する。
【0025】
この構成によれば、カバー15を形成するための樹脂にセラミックスの微粒子が混ぜられているため、カバー15とベース12との間で線膨張係数の差を小さくすることができる。これによって、接着剤16にクラックを生ずることを防ぎ、クラックを生じた箇所からカバー15内にインクが浸入して、制御部14がインクで侵されてしまうことを防止できる。これによって、高信頼性のインクジェットヘッド11を提供することができる。
【0026】
また、接着剤16は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂の少なくとも一方からなるエポキシ樹脂に、エポキシ樹脂系硬化剤を添加したものである。この構成によれば、接着剤16に耐インク性を持たせることができる。これによって、接着剤16に膨潤を生じて、接着剤16の接着強度が低下してしまうことを防止することができる。
【0027】
さらに、ベース12と、カバー15との間の線膨張係数の差は、1倍以上かつ10倍以下であり、接着剤16の弾性率は、3〜3.5GPaである。弾性率が3GPa以下の接着剤では、分子同士の間に隙間があり、一部のインクに侵されてしまう問題がある。一方で、弾性率が3.5GPa以上である場合には、弾力性が十分ではなく、インクジェットヘッド11に熱履歴が加えられた際に接着剤16にクラックを生ずる可能性がある。この構成によれば、カバー15の熱膨張に接着剤16が追随する程度の弾力性を接着剤に持たせることができ、且つインクに侵されない性質を接着剤16に持たせることができる。
【0028】
また、インクジェットヘッド11は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0029】
11…インクジェットヘッド、12…ベース、13…ヘッド本体、14…制御部、15…カバー、16…接着剤、21…ノズルプレート、22…ノズル、27…支柱。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のノズルおよび前記複数のノズルからインクを吐出させる駆動素子を有したヘッド本体と、
前記駆動素子を制御する制御部と、
前記ヘッド本体および前記制御部が取り付けられたセラミックス製のベースと、
内部に前記制御部を覆うように前記ベースに固定されるとともに、セラミックスの微粒子が混ぜられた樹脂で成形されたカバーと、
前記ベースと前記カバーとの間に介在されるとともに、前記カバーの内部を密封した接着剤と、
を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項2】
前記接着剤は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂の少なくとも一方からなるエポキシ樹脂に、エポキシ樹脂系硬化剤を添加したものであることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
【請求項3】
前記ベースと、前記カバーとの間の線膨張係数の差は、1倍以上かつ10倍以下であり、
前記接着剤の弾性率は、3〜3.5GPaであることを特徴とする請求項2に記載のインクジェットヘッド。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−30399(P2012−30399A)
【公開日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−169692(P2010−169692)
【出願日】平成22年7月28日(2010.7.28)
【出願人】(000003562)東芝テック株式会社 (5,631)
【Fターム(参考)】