【手続補正書】
【提出日】平成16年6月24日(2004.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】            明細書
【発明の名称】インクジェットプリンタヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】  少なくともインク吐出孔とインク貯留室とを有するキャビティプレートと、
前記インク貯留室の容積を変化させる圧電素子を有する圧電素子部材と、
前記圧電素子部材を前記キャビティプレートとは反対側で支持し、前記圧電素子の前記キャビティプレートとは反対方向への変位を規制するベース部材と、
前記圧電素子部材を前記ベース部材に接着する接着層とを備え、
前記接着層には、前記接着層厚よりも小さい粒径を有する微細粒子が含まれている、
ことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
【請求項２】  前記微細粒子は、セラミック粉末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プリンタヘッド。
【請求項３】  前記微細粒子の前記接着層における含有比率は１０％以下に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッド。
【請求項４】  前記圧電素子部材は、前記圧電素子を電極で挟持してこれらを複数層に積層したものであって、前記電極に電圧を印加することによって前記圧電素子が積層方向に変位する構成であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
インクジェットプリンタへッドの技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の抜術】
従来から、インクジェットプリンタに搭載されるヘッドのアクチュエータとして、アクチュエータ内に形成された多数のインク貯留室の容積を、各インク貯留室にそれぞれ対応するように設けられた圧電素子により膨張・収縮させ、インク貯留室内のインクを加圧して、インク貯留室と連通するインク吐出孔から外部へ吐出させるものが知られている。
【０００３】
このようなアクチュエータは、従来から種々のものが提案され、実用化されており、一例として、インク貯留室及び該インク貯留室にインクを供給するためのインク流路が形成されたキャビティプレートと、圧電素子部材とを接合し、更に、該圧電素子部材のキャビティプレートとの接合側とは反対側にベース部材を設けたものが挙げられる。
【０００４】
前記ベース部材は、圧電素子部材の圧電効果による変位の逃げを減少させるために設けられているもので、圧電素子部材に接着剤を用いて取り付けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固形インクを加熱溶融させて用いる、いわゆるホットメルト型のインクジェットプリンタにおいては、前記アクチュエータ部が１００℃以上の高温に加熱され、圧電素子がこのような高温下において振動を繰り返すので、前記圧電素子部材とベース部材を接着している接着剤が劣化する場合があった。
【０００６】
その結果、接着層の厚さが減少したり、隙間が生じたりして、圧電素子の前記変位が減少することになり、インク吐出性能を低下させるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、前記問題点を解決し、高温下においても、圧電素子の所望の変位量を確保することのできるインクジェットプリンタヘッドを提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、少なくともインク吐出孔とインク貯留室とを有するキャビティプレートと、前記インク貯留室の容積を変化させる圧電素子を有する圧電素子部材と、前記圧電素子部材を前記キャビティプレートとは反対側で支持し、前記圧電素子の前記キャビティプレートとは反対方向への変位を規制するベース部材と、前記圧電素子部材を前記ベース部材に接着する接着層とを備え、前記接着層には、前記接着層厚よりも小さい粒径を有する微細粒子が含まれていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧電素子が伸張を繰り返すと、接着層を形成する接着剤が劣化する傾向にあり、例えば接着層の厚さが薄くなって、圧電素子のインク吐出方向への変位を減少させる傾向にあるが、当該接着剤には、接着層厚よりも小さい粒径を有する微細粒子が含まれているので、例え接着層の厚さが薄くなったとしても、当該微細粒子により前記圧電素子の前記変位を減少させず、所定のインク吐出性能を維持させる。
【００１０】
請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記微細粒子は、セラミック粉末であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、前記微細粒子をセラミック粉末で形成したので、固形インクを加熱溶融するような高温環境下、及び圧電素子による所定の高圧環境下においても、前記微細粒子は劣化せず、長期に渡って良好なインク吐出性能が維持されることになる。
【００１２】
請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記請求項１または請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記微細粒子の前記接着層における含有比率は１０％以下に設定されていることを特徴とする。これにより、前記接着層をスクリーン印刷により形成する場合でも、スクリーン印刷処理を妨げることなく、良好に前記接着層が形成されることになる。
【００１４】
請求項４に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項１から請求項３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧電素子部材は、前記圧電素子を電極で挟持してこれらを複数層に積層したものであって、前記電極に電圧を印加することによって前記圧電素子が積層方向に変位する構成であることを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明を具体化した一実施形態のインクジェットプリンタ（単にプリンタと呼ぶこともある）１の内部を示す斜視図である。
【００１６】
図１において、プリンタ１は、その筐体３内に、搬送モータ６により駆動され、被記録媒体としての記録紙Ｒをプリンタ１上方へ搬送する搬送ローラ５を備え、記録紙Ｒの搬送経路には、キャリッジ７に支承されたヘッド２０が設けられている。また、キャリッジ７は、筐体３に固定された支持部材９に、記録紙Ｒの搬送方向に対して矢印Ａに示すような直交方向に往復移動自在に支持されると共に、キャリッジモータ１０により駆動されるタイミングベルト１１に固定され、矢印Ａに示すように往復自在になっている。
【００１７】
ヘッド２０は、４色のインク（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）毎に設けられたインクタンク２１と、各色毎に備えられ、インクを吐出するアクチュエータ４０と、各インクタンク２１から各アクチュエータ４０へインクを搬送するためのフロントパネル２３とを少なくとも備えたものである。
【００１８】
アクチュエータ４０は、図２に示すように、ベース４１と、圧電素子部材４２と、ダイアフラム４３と、キャビティプレート４４と、ノズルプレート４５とを備えている。
【００１９】
ベース４１は、アクチュエータ４０の上記各部を支持し、特に圧電素子４２ａの変位の逃げを抑えて、当該変位を確実にキャビティプレート４４側に作用させて、良好なインク吐出性能を確保するものである。ベース４１と圧電素子部材４２との接合には、接着剤を用いている。
【００２０】
圧電素子部材４２は、後述するキャビティプレート４４のインク貯留室４４ｂの各々を個別に膨張・収縮させることができるように、多数（例えば、１２８個）の圧電素子４２ａを備えたものである。圧電素子４２ａは駆動電圧を印加されると、アクチュエータ４０の縦断面図である図３に示すように矢印Ｘ方向に膨張し、インク貯留室４４ｂの容積を点線Ｙに示すように、収縮させるようになっており、圧電素子４２ａは印加された駆動電圧が開放されると収縮し、初期の状態に戻るようになっている。また、本実施形態の圧電素子部材４２は、所定の変位量を確保するために、複数の圧電素子４２ａを電極で挟んで積層させた構造となっている。
【００２１】
ダイヤフラム４３は、圧電素子部材４２及びキャビティプレート４４の間を隔てるもので、弾性を有する。
【００２２】
キャビティプレート４４は、二組のＬ字型のインク流路４４ａと、インク流路４４ａから直角に分岐し、インク吐出孔４５ａの数だけ形成されたインク貯留室４４ｂとを備えるもので、インク貯留室４４ｂの各々は、それぞれ対応したインク吐出孔４５ａの一つに通じている。また、図３に示すように、キャビティプレート４４に形成されたインク貯留室４４ｂは、インク流路４４ａに連通路４４ｃを通じて連結されており、下部には、インク吐出孔４５ａに通じるオリフィス４４ｄが形成されている。
【００２３】
ノズルプレート４５は、多数（例えば、１２８個）のインク吐出孔４５ａを２列に配した平板である。
【００２４】
なお、ベース４１、圧電素子部材４２及びダイアフラム４３には、図１に示すインクタンク２１とインク流路４４ａとにおいて、インクを循環させるための往路４１ａ及び復路４１ｂが二箇所ずつ貫通している。
【００２５】
以上のように構成されたへッド２０のアクチュエータ４０からインクを吐出させる動作について説明する。
【００２６】
インクは、インクタンク２１から一対の往路４１ａを通して一対のインク流路４４ａに圧送され、インク流路４４ａを満たす。そして、圧電素子４２ａの駆動電圧を開放することで、圧電素子４２ａを収縮させて、インクをインク流路４４ａから連通路４４ｃを通してインク貯留室４４ｂに引き込み、インク貯留室４４ｂにインクを充填させる。
【００２７】
次に、圧電素子４２ａに駆動電圧を印加して、インク貯留室４４ｂの容積を収縮させることで、インクをオリフィス４４ｄを通して、外部へ吐出させる。
【００２８】
従って、オリフィス４４ｄ内のインクは、ノズルプレート４５に形成された微細な径のノズル孔４５ａを通じて、精度良く吐出されることになる。
【００２９】
しかしながら、インクとして、いわゆるホットメルトインクを用いた場合には、上述したヘッド部も１００℃以上の高温で加熱されることになり、このような高温下において前記圧電素子４２ａが伸縮を繰り返すと、圧電素子部材４２とベース４１を接着させている接着剤が劣化して、前記圧電素子４２ａのインク吐出方向の変位を減少させてしまい、インク吐出性能を低下させる場合があった。この現象を図４及び図５に基づいて説明する。
【００３０】
図４に示すように、本実施形態の圧電素子部材４２は、複数の圧電素子４２ａを電極４２ｂを用いて挟持し、これらを複数層に積層させた構造となっている。そして、各圧電素子４２ａの両面の電極４２ｂに電圧Ｅを印加することにより、圧電素子４２ａは積層方向に伸びる。この積層された圧電素子４２ａの変位は、次式で定義されており、圧電素子４２ａに印加される電圧と圧電素子４２ａの積層数に比例する。
【００３１】
【数１】
Ｘ＝ｄ３３・Ｅ・ｎ  
Ｘ：積層圧電素子の変位（伸び）
Ｅ：印加電圧
ｄ３３：圧電定数（圧電素子の物性値）
ｎ：積層数
この変位は、キャビティプレート４４側だけではなく、キャビティプレート４４とは反対方向についても生ずるものであるが、当該反対方向の伸びについては、当該圧電素子部材４２に接着層４７を介して接着されたベース４１により制限されるようになっている。
【００３２】
しかしながら、例えば１２５℃程度の高温下で圧電素子を振動させると、ベース４１と圧電素子部材４２を結合している接着層４７の接着剤が劣化して、図５に示すように、接着層の厚さがｔからｔ’に減少し、圧電素子部材４２と接着層４７との間に薄い隙間が生ずることがあった。
【００３３】
このため、本来キャビティプレート４４側のみに変位する圧電素子４２ａが、ベース４１側にも変位することになり、その結果、ベース４１側に逃げた変位分ｔ’だけキャビティプレート４４側の変位量が減少する。
【００３４】
そこで、本実施形態においては、図６に示すように、接着層４７の中に、接着層の厚みよりも小さい、例えば１〜５μｍの粒径のアルミナ粉末等のフィラー４８を混入させた。
【００３５】
これにより、接着層の厚みの収縮が防止され、また、接着層４７と圧電素子部材４２間に生じた隙間により逃げる圧電素子４２ａの変形を防止することができる。
【００３６】
その結果、図７に示すように、２００時間の圧電素子耐久テストにおいて、接着層４７にフィラー４８を混入させた方が、混入させない場合に比べ、圧電素子の変位劣化が改善されることが判った。
【００３７】
つまり、フィラー４８の粒径が略均一であるために、接着剤４７が劣化して薄くなったとしても、圧電素子４２ａの変位の逃げは、当該フィラー４８によって抑えられる。また、フィラー４８は、上述したように、アルミナ粉末で形成されているため、高温及び高圧下においても劣化せず、長期に渡って、上述の効果を維持することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、フィラーをアルミナ粉末で形成した例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、他にも、酸化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア等のセラミックス材料等を用いることができる。
【００３９】
また、本実施形態においては、接着層４７をスクリーン印刷により塗布しているので、この妨げとならないように、混入比率は１０％以下に設定することが好ましい。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、接着剤に混入させたフィラーの働きにより、圧電素子の変位劣化が抑えられるので、長期に渡って良好なインク吐出性能を維持することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧電素子部材とベース部材との接着層に、接着層厚よりも小さい粒径を有する微細粒子を含有させたので、接着剤が劣化した場合でも、圧電素子のインク吐出方向の変位の減少を防ぐことができ、所定のインク吐出性能を維持することができる。
【００４２】
請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、前記微細粒子をセラミック粉末で形成したので、固形インクを加熱溶融するような高温環境下、及び圧電素子による所定の高圧環境下においても、前記微細粒子が劣化せず、長期に渡って良好なインク吐出性能を維持することができる。
【００４３】
請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、前記微細粒子の前記接着層における含有比率を１０％以下に設定したことにより、前記接着層をスクリーン印刷により形成する場合でも、スクリーン印刷処理を妨げることなく、良好に前記接着層を形成することができる。
請求項４に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、前記圧電素子部材が、前記圧電素子を電極で挟持してこれらを複数層に積層したものであり、前記電極に電圧を印加することによって前記圧電素子を積層方向に変位させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態におけるプリンタ１の内部を示す斜視図である。
【図２】
本発明の一実施形態におけるプリンタ１のアクチュエータ４０を示す分離斜視図である。
【図３】
本発明の一実施形態におけるプリンタ１のアクュエータ４０の縦断面図である。
【図４】
本発明の一実施形態における圧電素子部材及び当該圧電素子部材とベース部材との結合部の詳細を示す概念図である。
【図５】
従来の接着剤の劣化による圧電素子の変位劣化を説明するための概念図である。
【図６】
本発明の一実施形態における圧電素子部材とベース部材との結合部に形成される接着層の詳細を示す概念図である。
【図７】
本発明のフィラーを混入させた接着層と従来のフィラーを混入させない接着層を用いた場合の耐久試験における圧電素子の変位劣化の比較を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・インクジェットプリンタ
２０・・・ヘッド
４０・・・アクチュエータ
４１・・・ベース
４２・・・圧電素子部材
４２ａ・・・圧電素子
４３・・・ダイアフラム
４４・・・キャビティプレート
４４ａ・・・インク流路
４４ｂ・・・インク貯蔵室
４４ｃ・・・連通路
４４ｄ・・・オリフィス
４５・・・ノズルプレート
４５ａ・・・インク吐出孔
４５ｂ・・・ノズル孔
４７・・・接着層
４８・・・フィラー