JP2930561B2

JP2930561B2 - インクジェットノズルヘッド

Info

Publication number: JP2930561B2
Application number: JP9182707A
Authority: JP
Inventors: レインテンハンス; ヨゼフホランズペーター
Original assignee: OSE TEKUNOROJIIZU BV
Current assignee: OSE TEKUNOROJIIZU BV
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: JPH1058684A; DE69701932T2; DE69701932D1; US6217160B1; EP0819523A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタ用のノズルヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】請求項１の前文で特定された特徴を有す
るノズルヘッドは、欧州特許出願第０４０２１７２号で
開示されている。このノズルヘッドは、等距離のノズル
の線形配列及び夫々が各ノズルに接続されている多数の
平行インク溝を画成する溝板からなる。溝板の１つの面
には、ノズル板に向かって突出し、インク溝と平行に伸
びる細長いフィンガーの配列が配置されている。溝板に
面していないこれらのフィンガーの端は、フィンガーと
一体化して形成される板状のバッキング部材によって相
互接続されている。フィンガー及びバッキング板は、圧
電性セラミック材料でできている。フィンガーには１つ
おきに電極が設けられており、印刷信号が電極に対して
与えられたとき、関連するインク溝に含まれているイン
ク液を圧縮するアクチュエータとして作用し、それによ
りインクの小滴がノズルから噴射される。アクチュエー
タの間にはさまれている他のフィンガーは、アクチュエ
ータによって発生した反動力を吸収しうるよう、溝板に
堅く接続されている支持部材として作用する。

【０００３】支持部材は連続したアクチュエータの各対
の間に設けられているため、夫々のアクチュエータは実
質的に近隣からの反動力から保護されており、それによ
り様々なインク溝の間の望ましくないクロストークは減
少される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来のノズルヘ
ッドでは、支持部材のピッチ、即ち支持部材が線形ノズ
ル配列の方向に配置されている距離は、ノズルのピッチ
と等しい。結果として、線形ノズル配列の方向の単位長
さ当たりのフィンガーの数、即ちフィンガーが配置され
るべき密度は、ノズルの密度の２倍である。フィンガー
の密度の高い配列を準備するには、複雑な製造問題が含
まれるため、プリンタの解像度を改善させるためにノズ
ルのピッチを減少させることは難しくなる。

【０００５】従って本発明は、容易に製造されえ、それ
でも個々の溝の間のクロストークを抑制する高解像度印
刷用のノズルヘッドを提供することを目的とする。この
目的は、請求項１に示される特徴により達成される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、支持部
材のピッチはノズルのピッチよりも大きく、それによ
り、一方が支持部材であり、他方がアクチュエータ、イ
ンク溝及びノズルである１対１の関係は無くなる。フィ
ンガーの平均密度は、それによりノズルの密度の２倍よ
りも小さくなる。もちろん、支持部材は個々のインク溝
を分離する溝板の堰き止め部分に接続されているよう配
置されねばならず、それに反してアクチュエータはイン
ク溝に隣接して配置されねばならず、堰き止め部分と重
なり合ってはならない。しかしながら、支持部材は堰き
止め部分の中央からわずかにずらされてもよく、及び／
又はアクチュエータはインク溝の中央からわずかにずら
されてもよいため、フィンガーを、その間隔が比較的大
きいような方法で分布することが可能であり、それによ
り、減少されたピッチを有するノズルに対しても、フィ
ンガーの配列は、例えば圧電材のブロックの中に溝を刻
むことによる従来の技術で製造されうる。

【０００７】更に特定的な本発明の特性は、従属する請
求項に示されている。望ましい実施例では、フィンガー
の密度とノズルの密度との間の比率は３：２であり、２
つおきのフィンガーが支持部材である。この実施例は、
夫々のアクチュエータは、その近隣に対して１つの側に
支持部材を、他の側に他のアクチュエータを有するとい
う利点を有し、そのためどんなインク溝の対に対して
も、これらのインク溝の近隣のアクチュエータ及び支持
部材の形状は、全く同じであるか、左右対称のいずれか
である。結果として、アクチュエータ及び支持部材の形
状は、小滴の発生において全く違いをもたらさない。

【０００８】フィンガーは等距離に配置されえ、製造過
程が非常に簡単で効率的でありうるという利点を有す
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の望ましい実施例を説明する。図１及び図２に示され
ているノズルヘッド１０は、ノズル１４の線形配列を画
成する溝板１２と、そのうちの１つだけが図１に示され
ている多数の平行インク溝１６からなる。ノズル１４及
びインク溝１６は、溝板１２の上面の中に刻まれた溝に
よって形成されている。夫々のノズル１４は、関連する
インク溝１６に接続されている。インク溝は、堰き止め
部分１８，１８’によって分離されている。

【００１０】ノズル１４及びインク溝１６の上部の面
は、溝板の堰き止め部分にしっかりと接着された薄い振
動板２０によって閉じられている。振動板２０の上部の
表面は、インク溝１６と平行に伸び、隆起部２４によっ
て分離された一連の溝２２によって形成されている。ノ
ズル１４に隣接する溝２２の端は、振動板２０の縁から
わずかにずらされている。

【００１１】細長いフィンガー２６，２８の配列は、夫
々のフィンガーがインク溝１６と平行に伸び、その下端
が隆起部２４のうちの１つに固定して接着されているよ
うに、振動板２０の上部の表面に配置されている。フィ
ンガーは３つ組にまとめられ、各３つ組は中央のフィン
ガー２８及び２つの横のフィンガー２６からなる。各３
つ組のフィンガーは、その上端で相互接続され、圧電材
の一体のブロック３０によって形成される。

【００１２】各フィンガー２６は、インク溝１６のうち
の１つと関連づけられ、印刷信号によって電圧が印加さ
れうる電極（図示せず）が設けられている。フィンガー
２６は印加された電圧に応じて垂直方向に伸縮するアク
チュエータとして作用し、それにより振動板２０の対応
する部分は、関連するインク溝１６の中へ歪められる。
結果として、インク溝の中に含まれるインク液（例えば
ホットメルトインク）は加圧され、ノズル１４からイン
クの小滴が噴射される。

【００１３】中央のフィンガー２８は、溝板の堰き止め
部分１８の上に配置され、アクチュエータ２６の反動力
を吸収する支持部材として作用する。例えば、同じブロ
ックに属する１つ又は両方のアクチュエータが伸長され
ると、それらはブロック３０の上部に上向きの力を与え
る。この力は、その下端が振動板の隆起部２４を通って
溝板１２へ堅く接続されている支持部材２８の張力によ
って、充分に均衡される。

【００１４】ブロック３０の上端は互いに同じ高さであ
り、バッキング部材３２によって覆われている。バッキ
ング部材３２は、インク溝１６と平行に伸びる多数の縦
のビーム３４と、縦のビーム３４の端を相互接続する横
のビーム３６（図１には横のビームのうちの１つのみが
示されている）によって形成されている。縦のビーム３
４は、台形の断面を有し、初めから広い方の底面部分で
互いに相互接続しており、そのためそれらは連続的な板
を形成する。続く製造段階では、後にブロック３０を形
成する圧電材の比較的厚い層は、板、即ち図１のバッキ
ング部材３２の下部の表面に接着されている。次に、ブ
ロック３０及びフィンガー２６，２８は、圧電材に溝３
８，４０を刻むことによって形成される。フィンガー２
６及び２８を分離する溝３８が圧電材の中で終わる一方
で、ブロック３０を分離する溝４０はバッキング部材３
２を通って刻まれ、それにより縦のビーム３４もまた互
いに分離する。

【００１５】このように、縦のビーム３４の幅は、本質
的には個々のブロック３０の幅と同じである。従って、
ビーム３４は、アクチュエータが伸縮するときの、ブロ
ック３０の上の部分の弾力的な変形を効果的に防止す
る。支持部材２８は必然的にある程度の弾性を有するた
め、ブロック３０のうちの１つの、１つ又は両方のアク
チュエータ２６の伸長はまた、支持部材２８の小さな伸
長を引き起こし、バッキング部材３２のわずかな歪みを
引き起こしがちである。バッキング部材が型彫りされて
いない平坦な板であるならば、この歪め力は隣接するブ
ロック３０へ伝達され、隣接するインク溝の中に寄生音
波の発生をもたらす（クロストーク）。そのような長距
離のクロストークは、特に隣接するブロック３０の中の
多数のアクチュエータが同時に印加されたときに、問題
を引き起こしうる。しかしながら、バッキング部材３２
は縦のビーム３６によって反対の端においてのみ相互接
続される分離されたビーム３４によって形成され、これ
らの縦のビームは溝４０によって更に弱められるため、
歪め力は本質的にはそれが生じたブロック３０に制限さ
れている。従って、長距離のクロストーク現象は、うま
く抑制されうる。

【００１６】バッキング部材３２の中まで溝４０を刻む
ことは常に必要であるわけではない。溝４０を圧電材の
中にのみ刻み、溝４０の深さが溝３８の深さと同じか、
又はわずかにより深いとき、良い結果が得られた。この
場合は圧電材は別々のグループへ明示的に分割されない
が、クロストークは容認でき、フィンガーの間隔は比較
的大きい。

【００１７】更に、分離したバッキング部材３２を省略
することが可能である。その場合、圧電材は、図１の圧
電材の厚さと比較してより厚いように選択される。溝が
図１の場合と同じ深さに刻まれると、圧電材の刻まれて
いない上部は、バッキング部材３２の機能を果たす。フ
ィンガー２６，２８の配列の、夫々が３つのフィンガー
のみからなる分離されたブロック３０への細分化はま
た、短距離のクロストーク、即ち同じブロック３０に関
連するインク溝の間のクロストークの更なる抑制を容易
にする。このために、２つの場合、即ち（ａ）２つのア
クチュエータ２６のうちの１つのみが印加されている場
合と、（ｂ）両方のアクチュエータが印加されている場
合との間に区別を付けこと充分である。（ｂ）の場合に
は、支持部材２８は（ａ）の場合よりも大きな弾力的な
変形を受ける。この効果は、（ｂ）の場合においてアク
チュエータに対して印加された電圧をわずかに増加させ
ることによって補償される。ブロック３０は互いに分離
されているため、この手段は増加された長距離のクロス
トークにはならないことに注意すべきである。

【００１８】逆に言えば、（ａ）の場合は、ブロック３
０の上部及びビーム３４は、支持部材２８の上端に対し
てわずかに傾斜され、それにより隣接する溝の中のイン
クを圧縮する。しかしながらこの影響は、縦のビーム３
６の安定化効果により非常に小さい。必要であれば、こ
の小さな影響はまた、適当な極性を有する小さな補償電
圧を、非発射溝に関連するアクチュエータに対して印加
することによって補償されうる。

【００１９】支持部材２８は圧電材でできているため、
アクチュエータ２６の反動力を活動的に均衡させるため
に支持部材２８に対する追加的な電極を設けることもま
た可能である。示されている実施例では、溝４０の幅は
溝３８の幅と全く同じであり、フィンガー２６，２８は
等距離に配置されている。支持部材２８のピッチは、ノ
ズル１４のピッチｂよりも２倍大きい。２つおきのフィ
ンガーが作動部材２８であるため、支持部材が隣接する
インク溝の各対の間に設けられている従来の場合のｂ／
２のピッチと比較すると、フィンガー２６，２８のピッ
チは２ｂ／３である。結果として、ノズルのピッチｂ及
び従ってプリントヘッドの解像度は、圧電性のアクチュ
エータ及び支持部材の製造過程によって課されている限
界を超えることなく小さく作られうる。

【００２０】実際的な実施例では、ノズル１４のピッチ
ｂは、２５０マイクロメートル（即ち１ミリメートル当
たり４つのノズル）まで小さくなりうる。支持部材２８
のピッチはそれにより５００マイクロメートルとなり、
（アクチュエータ２６を含む）全てのフィンガーのピッ
チは１６７マイクロメートルとなる。この場合、個々の
フィンガー２６又は２８の幅は例えば８７マイクロメー
トルであり、溝３８，４０は８０マイクロメートルの幅
と、０．５ミリメートルのオーダの深さを有する。

【００２１】図２に示されるように、振動板２０の溝２
２及び隆起部２４、ノズル１４及びインク溝１６は、ノ
ズル配列の長さに亘って均等には分布されていない。そ
の代わりに、インク溝１６は比較的広い堰き止め部分１
８によって分離された対としてまとめられ、それに対し
て各対のインク溝は比較的狭い堰き止め部分１８’によ
って分離されている。広い堰き止め部分１８は振動板の
隆起部２４及び支持部材２８と一致し、それに対して狭
い堰き止め部分１８’は振動板の溝２２及びブロック３
０の間の溝４０と一致する。（溝板１２の上部表面にお
いて）インク溝１６の幅はフィンガー２６，２８の幅よ
りも大きく、インク溝は、どのアクチュエータ２６も堰
き止め部分１８，１８’と重なり合わない程度に、ノズ
ル１４に関してずらされている。

【００２２】アクチュエータ２６と接触するように保持
されている隆起部２４の両側の振動板２０の部分は溝２
２によって弱められ、少なくともこれらの弱められた部
分の大部分は、まだインク溝１６の領域の中にある。こ
のように、振動板２０は、アクチュエータ２６の伸長ス
トロークに応じて、たやすくインク溝１６の中に曲げ入
れられる。隆起部２４の幅は、フィンガー２６，２８の
幅よりもわずかに小さい。

【００２３】上述の形状により、堰き止め部分１８，１
８’の縁の近くの振動板２０の中の過剰な曲げ又は剪断
ストレスは避けられ、それにより振動板２０の高い耐久
性が達成される。概して、振動板２０の柔軟性は重大な
パラメータであり、それにより振動板の厚さ耐性は、小
滴の発生の過程に影響を与えうる。上述の実施例では、
インク溝１６は、フィンガー２６，２８と比較してかな
り大きい幅を有し、ノズル１４に関してずらされている
ため、アクチュエータ２６及び堰き止め部分１８，１
８’の縁の間の間隔はあまりに大きく維持され、比較的
厚い振動板で充分な柔軟性が達成され得るため、耐性は
あまり重大でなくなる。

【００２４】振動板の柔軟性は溝板１２の弾性率と一致
すべきである。振動板２０がかなり堅く、溝板が比較的
柔らかければ、作動中の溝と隣接する堰き止め部分はわ
ずかに圧縮され、それにより隣接する溝の容量もまた同
じ程度減少される。結果は隣接する溝の間の正のカップ
リングである。逆に言えば、ノズル板１２がかなり堅け
れば、堰き止め部分１８又は１８’の両側の振動板２０
の部分は重りのように振る舞い、結果として隣接する溝
の間の負のカップリングとなる。振動板及び溝板の剛性
を適切に一致させることにより、これらの効果は、互い
に打ち消し合う結果となり、それによりクロストークは
最小まで減少される。

【００２５】振動板２０は、溝板１２及びフィンガー２
６，２８の端に溶接されたポリイミド樹脂の比較的柔ら
かい箔によって形成されうる。或いは、振動板は溝板及
びフィンガーにハンダ付けされた、ガラス又は金属（ア
ルミニウム）の薄い膜によって形成されうる。上述では
本発明の特定な実施例が説明されたが、当業者にとって
は、添付の請求項の範囲の中で、様々な変更がなされう
る。

【００２６】例えば、支持部材２８のピッチは、ノズル
のピッチｂの他の整数又は非整数の倍数でありうる。ア
クチュエータ２６の幅は、支持部材２８の幅と異なりう
る。同様に、溝４０の幅は溝３８の幅と異なり、結果と
してフィンガー２６，２８の均等でない分布をもたらし
てもよい。図３には、幾つかの他の変形が示されてい
る。図３では、溝１６は、対応するノズル１４に関して
ずらされることなしに、等距離に配置されている。

【００２７】溝２２及び隆起部２４を有する型彫りされ
た振動板を使用する代わりに、図３では均一の厚さの振
動板２０が使用されている。この場合、振動板はアクチ
ュエータ２６の下端に形成された隆起２４’を通ってア
クチュエータ２６と接触し、夫々の隆起部の中央から適
当にずらされている。図３に更に示されるように、溝４
０だけでなく、溝３８もバッキング部材３２の中へ刻ま
れ、それにより全てのフィンガーが互いに完全に分離さ
れている形状を得る。或いは、溝３８，４０の深さはよ
り小さくされ、全ての２６，２８がブロックに分離され
ていない一体の部材によって形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるノズルヘッドの、
部分的に切截された斜視図である。

【図２】図１の矢印IIの方向における断面図である。

【図３】図２と同様であるが、本発明の第２の実施例を
示す図である。

【符号の説明】

１０ノズルヘッド１２溝板１４ノズル１６インク溝１８，１８’ 堰き止め部分２０振動板２２溝２４隆起部２６横のフィンガー２８中央のフィンガー３０ブロック３２バッキング部材３４縦のビーム３６横のビーム３８溝４０溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−293143（ＪＰ，Ａ) 特開平８−11304（ＪＰ，Ａ) 特開平５−42672（ＪＰ，Ａ) 特開平７−276626（ＪＰ，Ａ) 特開平７−9682（ＪＰ，Ａ) 特開平７−299910（ＪＰ，Ａ) 特開平７−329290（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】線形の配列の等距離のノズル（１４）及
び夫々が各ノズルに接続されている多数の平行インク溝
（１６）を画成する溝板（１２）と、溝板（１２）の１つの側に配置され、インク溝と平行に
延在するフィンガーの配列（２６，２８）と、フィンガーの配列に関して溝板と反対側に配置されたバ
ッキング部材（３２）とからなり、フィンガーの配列のうちいくつかのフィンガー（２６）
は、インクの小滴をノズルから噴射させるよう、インク
溝の中に含まれるインクに機械的なストロークを与える
アクチュエータとして構成され、夫々のノズルに対して
少なくとも１つのアクチュエータが設けられており、フィンガーの配列のうち他のフィンガー（２８）は、溝
板及びバッキング部材をアクチュエータの反動力に対し
て支持する支持部材として作用する、インクジェットノ
ズルヘッドであって、支持部材（２８）のピッチ（ａ）は、ノズル（１４）の
ピッチ（ｂ）よりも大きく、フィンガーの配列（２６，
２８）はノズル配列の長さに亘って均一に分布されてい
ることを特徴とするインクジェットノズルヘッド。
【請求項２】支持部材（２８）のピッチ（ａ）は、ノ
ズル（１４）のピッチ（ｂ）の２倍である請求項１記載
のノズルヘッド。
【請求項３】フィンガー（２６，２８）は、全てが同
じ幅を有する溝（３８，４０）によって分離されている
請求項１又は２記載のノズルヘッド。
【請求項４】インク溝（１６）は、堰き止め部分（１
８，１８’）によって互いに分離されており、アクチュ
エータ（２６）によって与えられたストロークを伝達す
る柔軟な振動板（２０）によって閉じられており、夫々
のアクチュエータ（２６）は、インク溝（１６）の領域
に完全に包含され、堰き止め部分（１８，１８’）から
離されているゾーン（２４）においてのみ振動板（２
０）と接触し、それによりアクチュエータの作動下で振
動板の曲げ変形を可能にする請求項１乃至３のうちいず
れか１項記載のノズルヘッド。
【請求項５】振動板（２０）とアクチュエータ（２
６）との間の接触ゾーンは、振動板上に設けられた隆起
部（２４）によって形成される請求項４記載のノズルヘ
ッド。
【請求項６】振動板（２０）とアクチュエータ（２
６）との間の接触ゾーンは、アクチュエータの先端に設
けられた隆起部によって画成される請求項５記載のノズ
ルヘッド。
【請求項７】フィンガーの配列（２６，２８）は、個
々のフィンガーを分離するために刻まれた溝（３８）を
有する多数のブロック（３０）によって形成され、隣り
合うブロック（３０）は溝（４０）によって離間され、
夫々のブロック（３０）は、少なくとも１つの支持部材
（２８）及び複数のアクチュエータ（２６）からなる一
体型部材である請求項１乃至６のうちいずれか１項記載
のノズルヘッド。
【請求項８】夫々のブロック（３０）は、中央のフィ
ンガーとしての１つの支持部材（２８）と、支持部材に
ついて対称に配置されている２つのアクチュエータ（２
６）とからなる請求項７記載のノズルヘッド。
【請求項９】バッキング部材（３２）は、インク溝
（１６）の縦方向に伸び、夫々が各ブロック（３０）の
上に配置されている多数のビーム（３４）からなる請求
項７又は８記載のノズルヘッド。