JP3663652B2 - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インクジェットプリンタヘッドに関するものであり、詳しくは、圧電素子の変位をダイヤフラムを介してインク室に圧力として与えることで、インクを吐出させるインクジェットプリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、これまでのインパクト方式の印字装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつあるノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとして、インクジェット方式の印字装置が挙げられる。なかでも印字に使用するインク滴のみを噴射するドロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコストの安さなどから急速に普及している。
【０００３】
ドロップ・オン・デマンド型において、インクの小液滴を飛翔させる方法としては、特公昭５３−１２１３８号公報に開示されているカイザー型にみられるように、電気−機械変換素子を用いて、インクが収容されたインク室の容積変化を生ぜしめて、内部圧力を上昇させてインク室に連通するノズルよりインク液滴を吐出させるものが代表的な方式としてある。
【０００４】
近年よくみられる上記印字方式を採用した印字装置は、図５に示すようなものが一般的であり、その構造は、縦方向に変位する柱状の圧電セラミックス８１の先端部分に弾力性のある薄板であるダイヤフラム８２が接着され、且つ圧電セラミックス８１の先端部がインク流路８３の位置にくるように樹脂製のノズルプレート材８４が接着されている。圧電セラミックス８１が電圧の印加により変位し、ダイヤフラム８２を変形させ、インク流路８３内のインクをノズルから吐出させて印字している。
【０００５】
インクジェットプリンタに使用されていたダイヤフラムは、単に圧電素子駆動によリ発生する変位を対面するインク室に圧力として与え、且つ圧電素子にインクを触れさせないようにすると共に各インク室を形成する事が本来の目的であった。そのため、用いられる材質もステンレス箔やポリイミド（ＰＩ）薄膜程度であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、余り重要視されなかったダイヤフラムの気体透過率や熱膨張率も、インクジェットプリンタが様々な環境（温度、設置状況、駆動頻度等）で使用されるとなると、ヘッドに熱や物理的応力等が係り、種々の問題が生じていた。インクジェットプリンタは、あらゆる環境下においても、均一なインク液滴の吐出を行ない、高品位な印字記録を行なうものであることが望ましい。
【０００７】
特に、インクとしてホットメルトインクを用いるとなれば、インクを溶融する際の１００℃以上の加熱温度で生ずる熱膨張差によってヘッドに余分な負荷を与えると共に、加熱により固形インク自体の気体含有量が高まるためダイヤフラムを通してインク中に気体が取り込まれる危険性があった。それにより、ヘッドの破損や、インク液滴の吐出不良が生じかねなかった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高温環境下においても、熱膨張に起因して発生するヘッド内の余負荷や、インク中に取り込まれる気体の含有量増加の危険性を著しく低めることで、安定した印字品質を持続的に保証するインクジェットプリンタを提供することにある。特に、ホットメルトインクを用いて記録を行なうインクジェットプリンタにおいて、そのインク溶融温度にても、均一なインク吐出が行なわれ、高品位な印字記録を保つインクジェットプリンタヘッドを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のインクジェットプリンタヘッドは、インク吐出ノズルと連通するインク室と、前記インク室に圧力を付与する圧電素子と、前記インク室と前記圧電素子との間にあって両者を分離し、前記圧電素子とインクを接触させないようにすると共に前記インク室の一部を形成し、且つ前記インク室に前記圧力を伝える役割を有するダイヤフラムとを備えたものであり、更に、前記ダイヤフラムの材質として、ポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）を用いている。
【００１０】
尚、前記ダイヤフラムは、引張弾性率が１５００（ｋｇ／ｍｍ ² ）以上、 且つ熱寸法変化率が２×１０ ^-6 （ｃｍ／ｃｍ・℃）以下、酸素透過率が１８（ cc ・μ／ｍ ² ・ day ・ atm ）以下の特性を有するものであっても良い。
【００１１】
尚、前記インクは、室温では固体であり、印字時においては加熱溶解されるホットメルトインクであってもよい。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【作用】
上記の構成を有する本発明の請求項１に係るインクジェットプリンタヘッドにおいては、ダイヤフラムの材質として、ポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）を用いている。よって、強靱性、酸素遮断性、寸法安定性、耐熱性に優れたダイヤフラムが形成されるので、環境温度の変化や物理的衝撃等に起因して発生するヘッド内の余負荷が抑えられ、安定した印字品質を維持することができる。また、高い弾性率を有することで圧電素子から発生する圧力伝播をロス無く俊敏に伝えることが可能である。また、酸素遮断性が高いので、インク内に取り込まれる気体の含有量を抑えられ、インク室内に気泡を生じさせないようにすることが可能である。
【００１５】
請求項２に係るインクジェットプリンタヘッドにおいては、ダイヤフラムは、引張弾性率が１５００（ｋｇ／ｍｍ ² ）以上、 且つ熱寸法変化率が２×１０ ^-6 （ｃｍ／ｃｍ・℃）以下、酸素透過率が１８（ cc ・μ／ｍ ² ・ day ・ atm ）以下の特性を有する。
【００１６】
請求項３に係るインクジェットプリンタヘッドにおいては、室温では固体であり、印字時においては加熱溶解されるホットメルトインクにより印字記録がなされる。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説明する。
【００２０】
図４に、本発明の一実施例であるインクジェットヘッドを搭載するインクジェットプリンタの要部を示す。図中におけるプラテン１１０は、軸１１２によりフレーム１１３に回転可能に取り付けられており、モータ１１４によって駆動される。プラテン１１０には紙１１１がセットされており、プラテン１１０に対向してインクジェットヘッド１０が設けられている。インクジェットプリンタヘッド１０（以下、単にヘッドと称する）は、インク供給装置１１６と共にキャリッジ１１８上に載置されている。キャリッジ１１８はプラテン１１０の軸線に平行に配設された２本のガイドロッド１２０に摺動可能に支持されると共に、一対のプーリ１２２に巻き掛けられたタイミングベルト１２４が結合させらている。そして、一方のプーリ１２２がモータ１２３によって回転させられ、タイミングベルト１２４が送られることによりキャリッジ１１８はプラテン１１０に沿って移動させられる。
【００２１】
図１に、本発明の一具体例を示すインクジェットプリンタのヘッド１０の斜視図を示し、図２は図１のＡ−Ａ線断面図を示す。本実施例のヘッド１０は複数のノズル２１を有するノズルプレート２０と、ノズル２１と同等数存在するインク室３１を持つキャビティプレート３０と、同じくノズル２１と同等数存在し、且つパルス電圧印加により駆動する圧電素子４０と、インク室３１と圧電素子４０の間に挟まれ各インク室３１を形成し、且つ圧電素子４０の駆動により発生する変位をインク室３１に伝えるダイヤフラム５０から構成されている。これらヘッド１０の各構成要素は全て接着剤によって互いに接着されている。
【００２２】
このような構成のヘッドに於いて、外部のインク供給源１１６（図４参照）からヘッド１０内に供給されたインクが各インク室３１に分配され充填される。尚、本実施例のインク５０は融点が約７０℃のワックス系インク、いわゆるホットメルトインクであり、プリンタ使用時には１２０℃程度に加熱されて液体となっている。そして、印字の際に圧電素子４０にパルス電圧を印加すると圧電素子４０が機械変形を発生し、その変形をダイヤフラム５０を通してインク室３１内のインクに対して圧力を付加する。この圧力によりインク滴がノズル２１から記録紙面に向かって吐出し印字を実施する。
【００２３】
前記ダイヤフラムは、引張弾性率が４００（ｋｇ／ｍｍ²）以上、 引張強度が２０（ｋｇ／ｍｍ²）以上、 且つ熱寸法変化率が２０×１０^-6（ｃｍ／ｃｍ・℃）以下、更に、酸素透過度が１０００（cc・μ／ｍ²・day・atm）以下の特性を有する樹脂材料にて形成されている。
【００２４】
本実施例のヘッドにおいては、上述の通りプリンタの停止時と駆動時とにおいては、晒される環境温度にかなりの開きがある。そのため、温度差より生ずる歪みや応力がヘッドの各部にかかる。しかし、本実施例のダイヤフラム５０は低熱膨張材質であることで、キャビティプレート３０とダイヤフラム５０間、及び圧電素子４０とダイヤフラム５０間の接着界面に余分な応力を残留させることも無く、また、ダイヤフラム５０に熱膨張による撓みが生じない。よって、圧電素子４０の桁が応力により割れる等のヘッドの損傷や、ダイヤフラム５０が撓んで前記圧電素子の機械変形が充分にインク室３１に充分伝達されなかったりする等のインク滴の吐出不良が起こることがない。尚、上記効果は、ヘッドの製造時に行なう加熱や冷却時においても同様に作用する。
【００２５】
また、本実施例のヘッドは熱膨張の歪みを抑えるのみではなくて、ダイヤフラム５０に高い弾性率を持たせることで、圧電素子３１から発生する圧力伝播をロス無く俊敏に伝えることが可能である。
【００２６】
更に、インク温度が高まることでインクの気体溶解度も高まる筈であるが、ダイヤフラム５０の気体透過率が著しく低いことで、外部からインクに気体が取り込まれ難くなり、結果としてインク室３１内の気泡発生を抑制することになって安定した吐出を維持できるのである。特に、本実施例のようにホットメルトインクを使用する場合においては、必然的にインク温度が高くなるため、上述した効果が顕著に現われる。
【００２７】
ダイヤフラムの材質別物性特性を図３に示した。図３からも、そうした特性に最も適している材質は半芳香族ポリアミド（ポリパラフェニレンテレフタルアミド、ＰＰＴＡと称される。）であり、特に推奨される製品は旭化成工業（株）ＰＰＴＡアラミドフィルム「アラミカ」である。この場合、特に、強靱性、酸素遮断性、寸法安定性、耐熱性に優れたダイヤフラムが形成される。他の材質としてはナイロン（ＰＡ。種類にも依るが、例えば宇部興産（株）ＵＢＥナイロン１０１５Ｇ０９等）が良い。ナイロンを用いた場合には、強靱性、酸素遮断性、耐油性を備えたダイヤフラムが形成される。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように、本発明のインクジェットプリンタヘッドは、ダイヤフラムの材質として、ポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）を用いたことで、環境温度の変化や物理的衝撃等に起因して発生するヘッド内の余負荷が抑えられ、安定した印字品質を維持することができる。また、高い弾性率を有することで圧電素子から発生する圧力伝播をロス無く俊敏に伝えることが可能である。
【００２９】
また、酸素遮断性が高いので、インク内に取り込まれる気体の含有量を抑えられ、インク室内に気泡を生じさせないようにすることが可能である。従って、印字ドットのずれ或は印字ドット抜け等が生じない印字品質を長期にわたって維持し続けることが可能なのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】図１に相当するヘッドのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ダイヤフラムに使用される各材質の物性特性を示す図である。
【図４】インクジェットヘッドを搭載するインクジェットプリンタの要部を示す斜視図である。
【図５】従来のインクジェットプリンタヘッドの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ ヘッド
２０ ノズルプレート
２１ ノズル
３０ キャビティプレート
３１ インク室
４０ 圧電素子
５０ ダイヤフラム

Claims (3)

1. インク吐出ノズルと連通するインク室と、前記インク室に圧力を付与する圧電素子と、前記インク室と前記圧電素子との間にあって両者を分離し、前記圧電素子とインクを接触させないようにすると共に前記インク室の一部を形成し、且つ前記インク室に前記圧力を伝える役割を有するダイヤフラムとを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ダイヤフラムの材質として、ポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）を用いたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
2. 前記ダイヤフラムは、引張弾性率が１５００（ｋｇ／ｍｍ ² ）以上、 且つ熱寸法変化率が２×１０ ^-6 （ｃｍ／ｃｍ・℃）以下、酸素透過率が１８（ cc ・μ／ｍ ² ・ day ・ atm ）以下の特性を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッド。
3. 前記インクは、室温では固体であり、印字時においては加熱溶解されるホットメルトインクであることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットプリンタヘッド。

Images