JP2001171112A

JP2001171112A - プリンタヘッド

Info

Publication number: JP2001171112A
Application number: JP35663799A
Authority: JP
Inventors: Masato Ando; 真人安藤; Toru Tanigawa; 徹谷川; Takaaki Murakami; 隆昭村上; Shota Nishi; 正太西; Emi Yamada; 恵美山田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度で生産効率を向上させるプリンタヘッ
ド及びその製造方法を提供すること。【解決手段】インクＩとインクを希釈するための希釈
液ＤＳを混合して吐出するプリンタヘッド１００におい
て、インクＩを吐出するための定量オリフィス１１２
と、希釈液ＤＳを吐出するものであって、定量オリフィ
ス１１２に近接しており、定量オリフィス１１２とほぼ
同一の方向に形成された吐出オリフィス１１１を有する
第１板状部材１１０と、定量オリフィス１１２に接続さ
れており、定量オリフィス１１２に対して略垂直に形成
されているインク定量溝１２２を備えており、第１板状
部材１１０の一面側１１０ａに接着された第２板状部材
１２０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクと希釈液を
混合して、対象物に着弾させるいわゆる２液混合型のプ
リンタヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来のプリンタヘッドの一例を示
す構成図であり、図７を参照してプリンタヘッド１につ
いて説明する。図７のプリンタヘッド１は、ノズルプレ
ート２、振動板３、アクチュエータ４等を有している。
ノズルプレート２はたとえば複数の板状部材を積層して
形成したものであって、インク液室５、希釈液室６、第
１ノズル７、第２ノズル８等を形成したものである。イ
ンク液室５はインクＩを収容するものであって、第１ノ
ズル５と連通している。また、希釈液室６は希釈液ＤＳ
を収容するものであって、第２ノズル８と連通してい
る。また、インク液室５及び希釈液室６には、後述する
アクチュエータ４から圧力が加えられる部位である圧力
室５ａ、６ａが形成されている。

【０００３】第１ノズル７はインク液室５のインクＩを
吐出するものであって、第２ノズル８は希釈液室６の希
釈液ＤＳを吐出するものである。ここで、第１ノズル７
はノズルプレート２の厚さ方向（矢印Ｚ方向）に対して
傾いて形成されている。これは、第１ノズル７から吐出
されるインクＩが第２ノズル８側に向かって流れるよう
にしたものである。一方、第２ノズル８はノズルプレー
ト２の厚さ方向（矢印Ｚ方向）に向かって形成されてい
る。

【０００４】ノズルプレート２には振動板３が接着して
固定されており、振動板３のインク液室５及び希釈液室
６の圧力室５ａ、６ａに当たる部位には、それぞれアク
チュエータ４、４が接着固定されている。アクチュエー
タ４、４はたとえば積層圧電素子（ピエゾ素子）であっ
て、駆動電圧が加えられると矢印Ｚ方向に伸縮するもの
である。

【０００５】アクチュエータ４が駆動して振動板３を介
して圧力室５ａに圧力が加えられる。すると、インク液
室５から第１ノズル７を介してインクＩが吐出する。こ
のとき、第１ノズル７は第２ノズル８側に傾いて形成さ
れているため、吐出されたインクＩは第２ノズル８側に
流動する。そして、吐出したインクＩは第２ノズル８内
に引き込まれて希釈液ＤＳと混合される。その後、アク
チュエータ４が駆動して振動板３を介して圧力室６ａに
圧力が加えられる。すると、第２ノズル８からインクＩ
を混合した希釈液ＤＳが吐出して、紙等の対象物に着弾
する。このように、プリンタヘッド１は対象物に対して
印画を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、従来、上述の
ような第１ノズル７と第２ノズル８を加工する場合に
は、たとえばノズルプレート２のノズル面に対してエキ
シマレーザを照射して、垂直な第２ノズル８とそれに隣
接する斜めの第１ノズル７を加工する方法により形成さ
れる。しかし、第１ノズル７と第２ノズル８の形成工程
を２つの分けると、第１ノズル７と第２ノズル８の相対
的な位置精度を高めることが困難であるという問題があ
る。また、エキシマレーザでは金属の加工が困難であ
り、ポリイミドやポリサルホンなどの樹脂で形成せざる
を得ず、耐久性、特に、第１ノズル７と第２ノズル８の
間の部分の耐久性が十分ではない。

【０００７】さらに、形成方向の異なる第１ノズル７と
第２ノズル８を形成する場合には、レーザを２系統に分
けて使用することも考えられる。しかし、エキシマレー
ザ加工は比較的加工コストが高いため、加工されたノズ
ルプレート２を用いてプリンタヘッド１を製造すると、
プリンタヘッド１全体の単価が高くなってしまうという
問題がある。

【０００８】そこで本発明は上記課題を解消し、高精度
で生産効率を向上させるプリンタヘッドを提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１の
発明によれば、インクと前記インクを希釈するための希
釈液を混合して吐出するプリンタヘッドにおいて、前記
インクを吐出するための定量オリフィスと、前記希釈液
を吐出するものであって、前記定量オリフィスに近接し
ており、前記定量オリフィスとほぼ同一の方向に形成さ
れた吐出オリフィスを有する第１板状部材と、前記定量
オリフィスに接続されており、前記定量オリフィスに対
して略垂直に形成されているインク定量溝を備えてお
り、前記第１板状部材の一面側に接着された第２板状部
材とを有するプリンタヘッドにより、達成される。

【００１０】請求項１の構成によれば、吐出オリフィス
と定量オリフィスは同一の方向に向かって形成されてお
り、定量オリフィスには、定量オリフィスに対して垂直
な方向に向かって形成されたインク定量溝が連通されて
いる。インクが定量オリフィスから吐出される場合、イ
ンクはインク定量溝を通って定量オリフィスに対して供
給される。このとき、インク定量溝は、定量オリフィス
に対して垂直方向であって、吐出オリフィスに向かって
形成されている。従って、インクは吐出オリフィス側に
向かって流動するようになる。このように、定量オリフ
ィスを吐出オリフィス側に向けて傾けて形成せずに、定
量オリフィスと吐出オリフィスを同一の方向に形成して
も、インクの流動方向を吐出オリフィス側に形成される
こととなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【００１２】図１は、本発明のプリンタヘッドの好まし
い実施の形態を示す構成図であり、図１を参照してプリ
ンタヘッド１００について説明する。図１のプリンタヘ
ッド１００は、第１板状部材１１０、第２板状部材１２
０、第３板状部材１３０、第４板状部材１４０、第５板
状部材１５０、振動板１６０、アクチュエータ１７０、
１７１、補強板１８０等を有している。

【００１３】第１板状部材１１０には希釈液を吐出する
ための吐出オリフィス（吐出ノズル）１１１と、インク
を吐出するための定量オリフィス（定量ノズル）１１２
が形成されている。図１（Ａ）に示すように、吐出オリ
フィス１１１と定量オリフィス１１２は隣接するように
形成されている。吐出オリフィス１１１はたとえば丸形
の断面形状を有していて、定量オリフィス１１２はたと
えば三日月形の断面形状を有している。このように、定
量オリフィス１１２の断面形状を三日月形状にすること
によって、定量オリフィス１１２から押し出されたイン
クＩが表面張力により丸くなろうとする性質を利用し、
吐出オリフィス１１１側にあふれ出すようにすることが
できる。

【００１４】また、図１（Ｂ）に示すように、吐出オリ
フィス１１１と定量オリフィス１１２は、第１板状部材
１１０の厚さ方向（矢印Ｚ方向）に向かってそれぞれ形
成されている。すなわち、吐出オリフィス１１１と定量
オリフィス１１２は、同一の方向に向かって形成されて
いる。このように、定量オリフィス１１２を吐出オリフ
ィス１１１と同一の方向に形成させることで、吐出オリ
フィス１１１及び定量オリフィス１１２の加工を容易に
することができる。

【００１５】ここで、第１板状部材１１０は、たとえば
ニッケルからなる金属材料を電鋳により形成されたもの
である。第１板状部材１１０を金属材料から形成するこ
とによって、第１板状部材１１０の耐久性を大幅に向上
させることができる。具体的には、第１板状部材１１０
が従来のポリイミド等の樹脂材料から形成された場合、
ポリイミドのヤング率は２×１０⁹（Ｐａ）となる。一
方、ニッケルのヤング率は、３×１０¹¹（Ｐａ）である
ので、ニッケルの剛性はポリイミドの約６７倍となり、
機械的剛性の面で耐久性の向上を図ることができる。

【００１６】また、吐出オリフィス１１１及び定量オリ
フィス１１２が電鋳により形成されると、通常、図２
（Ｂ）に示すような、たとえば片側７（°）〜８（°）
程度のテーパが設けられる。このように板状部材１１０
の一面側１１０ａに向かって径が大きくなるようなテー
パが形成されることによって、板状部材１１０の一面側
１１０ａにおける吐出オリフィス１１１と定量オリフィ
ス１１２の間隔Ｄを小さくすることができる。なお、吐
出オリフィス１１１と定量オリフィス１１２の間隔はた
とえば３（μｍ）〜５（μｍ）になるように形成されて
いる。

【００１７】第１板状部材１１０の一面側１１０ａには
第２板状部材１２０が接着されており、第１板状部材１
１０の他面側１１０ｂには開口部１８１を有する補強板
１８０が接着されている。補強板１８０は、開口部１８
１に吐出オリフィス１１１及び定量オリフィス１１２が
配置されるように接着される。このとき、たとえば第１
板状部材１１０には電鋳時に位置決めマークが予め作成
されていて、この位置決めマークを基準にして画像処理
装置付き位置決め装置などを用いて、第１板状部材１１
０と第２板状部材１２０、補強板１８０がそれぞれ自動
的に高精度で接着される。

【００１８】図２（Ｂ）に示すように、第２板状部材１
２０には希釈液供給穴１２１とインク定量溝１２２が形
成されている。希釈液供給穴１２１は、第２板状部材１
２０の厚さ方向（矢印Ｚ方向）に形成されていて、吐出
オリフィス１１１と連通している。一方、インク定量溝
１２２は、吐出オリフィス１１１と連通しており、定量
オリフィス１１２の形成方向とほぼ垂直な方向（矢印Ｘ
方向）であって、吐出オリフィス１１１に向かって形成
されている。

【００１９】このように、インク定量溝１２２を矢印Ｘ
方向に形成させることによって、定量オリフィス１１２
から吐出されるインクＩを吐出オリフィス１１１側に流
すことができる。すなわち、インクＩがインク液室１３
２からインク定量溝１２２を流れるとき、矢印Ｘ１方向
の流動方向を形成することとなる。従って、定量オリフ
ィス１１２から吐出されるインクＩは、吐出オリフィス
１１１側に流れて希釈液ＤＳと混合することとなる。こ
れにより、従来のように定量オリフィス１１２を傾けて
形成する必要がなくなり、吐出オリフィス１１１と定量
オリフィス１１２を同一の方向で形成することができ
る。

【００２０】図１（Ｂ）の第３板状部材１３０、第４板
状部材１４０、第５板状部材１５０は、たとえばステン
レスからなっていてそれぞれ積層されている。そして、
第３板状部材１３０、第４板状部材１４０及び第５板状
部材１５０には、希釈液室１３１及びインク液室１３２
が、たとえば打ち抜き加工することによってそれぞれ形
成されている。希釈液室１３１及びインク液室１３２
は、それぞれインクＩ及び希釈液ＤＳの流路を形成して
いており、図示しないインクタンク及び希釈液タンクか
らインクＩ及び希釈液ＤＳが供給される。また、希釈液
室１３１及びインク液室１３２にはアクチュエータ１７
０、１７１から圧力が加えられる圧力室１４１、１４２
が形成されている。

【００２１】なお、希釈液室１３１及びインク液室１３
２が希釈液供給穴１２１及びインク定量溝１２２とそれ
ぞれ連通するように、第２板状部材１２０と第３板状部
材１３０は接着している。第１板状部材１１０から第５
板状部材１４０までを積層する事によって、ノズルプレ
ート１０１が形成されている。

【００２２】振動板１６０は、第４板状部材１４０と接
着されていて、後述するアクチュエータ１７０、１７１
からの圧力を希釈液圧力室１４１及びインク圧力室１４
２にそれぞれ伝達する機能を有している。また、振動板
１６０にはヘッドベース１９０が設けられていて、ノズ
ルプレート１０１はこのヘッドベース１９０により接着
されて保持されている。アクチュエータ１７０、１７１
は、たとえば積層圧電素子（ピエゾ素子）であって、希
釈液圧力室１４１及びインク圧力室１４２に当たる部位
にそれぞれ配置されている。アクチュエータ１７０、１
７１は、駆動電圧の供給により矢印Ｚ方向に伸縮するよ
うになっている。

【００２３】次に、図１と図２を参照して、プリンタヘ
ッド１００の動作例について説明する。まず、図１
（Ｂ）のアクチュエータ１７１が駆動電圧の印加により
矢印Ｚ１方向に伸縮する。すると、インク圧力室１４２
の体積がそれぞれ縮小され、インクＩが定量オリフィス
１１２のより押し出される。押し出されたインクＩは三
日月形状の効果により、吐出オリフィス１１１方向にあ
ふれ出し、吐出オリフィス１１１内の希釈液ＤＳと接触
し、表面張力により吐出オリフィス１１１内に引き込ま
れる。

【００２４】次に、希釈液ＤＳ側のアクチュエータ１７
０が駆動すると、希釈液圧力室１４１の体積が縮小さ
れ、インクＩを混合した希釈液ＤＳが吐出される。吐出
された液滴により紙等の対象物にドットが記録される。
ドットの濃度は、定量混合するインクＩの量をアクチュ
エータ１７１のストロークを駆動電圧によって調整する
ことにより制御される。

【００２５】このとき、インク定量溝１２２を設けると
ともに、定量オリフィス１１２を三日月形状にすること
によって、インクＩの吐出オリフィス１１１への方向性
を付与することができる。すなわち、従来は定量ノズル
１１２が吐出ノズル１１１に向かって斜めに傾いている
こと等によってインクＩの方向性を付与しているが、イ
ンク定量溝１２２を設けることによって、インクＩの方
向性を付与することができる。従って、吐出オリフィス
１１１と定量オリフィス１１２を同一の方向に形成する
ことで加工が容易になり、吐出オリフィス１１１と定量
オリフィス１１２の相対位置精度の向上を図ることがで
きる。特に、第１板状部材１１０を電鋳により加工した
場合、いわゆるフォトリソグラフィーの精度でノズル加
工をおここなうことができるため、吐出ノズル１１１及
び定量ノズル１１２の相対位置精度を向上させることが
できる。

【００２６】ここで、吐出オリフィス１１１及び定量オ
リフィス１１２を形成した第１板状部材１１０の厚さＨ
は、１（μｍ）以上であって１０（μｍ）以下になるよ
うに形成されている。具体的には、図３はインクＩの方
向性を示すグラフ図であって、横軸が定量オリフィス１
１２から吐出されるインクの量を示し、縦軸にはあふれ
たインクＩの先端位置を示している。また、図３におい
て、第１板状部材１１０の厚さＨを５（μｍ）、１０
（μｍ）、２０（μｍ）の場合、及び従来の第１ノズル
を斜めに形成した場合についてシミュレーションを行っ
たものである。

【００２７】このとき、吐出オリフィス１１１と定量オ
リフィス１１２の距離は、３０（μｍ）に設定されてい
る。図３において、厚さＨが５（μｍ）の場合、従来に
おける図８のたとえば３０°だけ第２ノズル８側へ傾け
た第１ノズル７の場合と同等のインク定量が得られるこ
とがわかる。一方、厚さＨが２０（μｍ）の場合、吐出
させるインクＩの量を多くしないと、希釈オリフィス１
１１のノズル位置までインクＩが達しないことがわか
る。

【００２８】一方、図４は、第１板状部材１１０の厚さ
Ｄが５（μｍ）の場合と２０（μｍ）である場合のイン
クＩの流速分布解析を示す図である。図４（Ｂ）に示す
厚さＨが２０（μｍ）であある場合、押し出されたイン
クＩの流速方向はほぼ対称になってしまい吐出オリフィ
ス１１１への方向性はほとんど付与されていない。一方
図４（Ａ）に示す厚さＨが５（μｍ）の場合、押し出さ
れたインクＩの流速方向が吐出オリフィス１１１側に向
うように形成されている。以上の図３と図４において、
第１板状部材１１０の厚さＨは、少なくとも１０（μ
ｍ）以下であることが必要である。一方、第１板状部材
１１０の機械的剛性を確保するため、少なくとも１（μ
ｍ）の厚さＨが必要となる。

【００２９】図５は本発明の別の実施の形態を示す構成
図であり、図５を参照してプリンタヘッド２００につい
て説明する。なお、図５のプリンタヘッド２００におい
て図１のプリンタヘッド１００と同一の構成を有する部
位には同一の符号を付してその説明を省略する。図５の
プリンタヘッド２００は、３色のインクＩを定量混合
し、１つの液滴によりフルカラーの表現が可能となるプ
リンタヘッドである。このとき、３つの定量ノズル１１
１は、たとえばシアン、マゼンタ、イエローの各色に対
応したものであって、吐出ノズル１１２を中心としてほ
ぼ１２０°ずつ回転した状態で形成されている。

【００３０】上記実施の形態によれば、従来のように定
量オリフィス１１２を斜めに形成する必要がなく、吐出
オリフィス１１１と同一の方向に形成することができる
ため、加工が容易になるとともに、吐出オリフィス１１
１と定量オリフィス１１２の相対位置精度を向上させる
ことができる。このとき、定量オリフィス１１２にはこ
れに垂直に形成されたインク定量溝１２２が設けられて
いるため、インクの流動方向を吐出オリフィス１１１側
に形成し、安定して供給することができる。

【００３１】また、第１板状部材１１０が電鋳により形
成された金属材料からなっていることにより、樹脂材料
から形成された場合に比べて耐久性を向上させることが
できる。さらに、第１板状部材１１０の厚さを１０（μ
ｍ）以下にすることによって、インクＩの流動方向を安
定させて、定量オリフィス１１２から安定してインクＩ
を供給することができる。

【００３２】なお、本発明の実施の形態は、上記実施の
形態に限定されない。たとえば、図１（Ｂ）の第１板状
部材１１０は、電鋳により形成するようにしているが、
図６に示すような加工マスクを用いてえたとえばエキシ
マレーザ加工することにより吐出オリフィス１１１及び
定量オリフィス１１２を形成するようにしてもよい。こ
のとき、加工マスクは、たとえばニッケルの電鋳モアイ
区はステンレスのエッチング等により作製される。ま
た、第１板状部材１１０はポリイミド、ポリエーテルイ
ミド、ポリサルホンポリエーテルサルホン等の樹脂材料
からなるようにする。

【００３３】そして、この第１板状部材１１０に対して
加工マスクを介してエキシマレーザが照射され、縮小光
学系によりいわゆるアブレーションによる除去加工が行
われる。この際、吐出オリフィス１１１と定量オリフィ
ス１１２を一体の加工マスクで加工することにより、両
者の相対位置精度が向上できる。図６に示すような加工
マスクを用いることによって、マスク精度での加工が可
能となり、マルチノズル一体のマスクによる一括加工も
可能となる。加工マスクはフォトリソグラフィの精度で
作製でき、加工は縮小光学系により縮小率を小さくすれ
ば、高精度な加工が可能となる。また、１回の加工で吐
出オリフィス１１１と定量オリフィス１１２の両方を形
成することができるため、形成工程を２つに分けたり、
２系統のレーザを使用する必要がなくなるため、プリン
タヘッド１００のコストアップを回避することができ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高精度で生産効率を向上させるプリンタヘッドを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリンタヘッドの好ましい実施の形態
を示す構成図。

【図２】本発明のプリンタヘッドにおける吐出オリフィ
ス及び定量オリフィスの周辺部位を示す構成図。

【図３】本発明のプリンタヘッドにおけるインクの量
と、インクを定量オリフィスから吐出させた場合の距離
の関係を示すグラフ図。

【図４】本発明のプリンタヘッドにおける第１板状部材
の厚さを変えた場合のインクの方向性を示す図。

【図５】本発明のプリンタヘッドの別の実施の形態を示
す構成図。

【図６】本発明のプリンタヘッドにおける第１板状部材
をレーザ加工する際の加工マスクの一例示す平面図。

【図７】従来のプリンタヘッドの一例を示す構成図。

【符号の説明】

１００・・・プリンタヘッド、１０１・・・ノズルプレ
ート、１１０・・・第１板状部材、１１１・・・吐出オ
リフィス、１１２・・・定量オリフィス、１２０・・・
第２板状部材、１２１・・・希釈液供給穴、１２２・・
・インク定量溝、１３０・・・第３板状部材、１３１・
・・希釈液室、１３２・・・インク液室、１３１ａ、１
３２ａ・・・圧力室、１５０・・・振動板、１７０、１
７１・・・アクチュエータ、１９０・・・ヘッドベー
ス、Ｉ・・・インク、ＤＳ・・・希釈液。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上隆昭東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者西正太東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者山田恵美東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF65 AF93 AG02 AG05 AG12 AG33 AG47 AH11 AM03 AM14 AM18 AP02 AP13 AP22 AP23 AP24 AP38 AP77 AP79 AQ03 AQ06 AR04 AR18 BA03 BA14 CA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクと前記インクを希釈するための希
釈液を混合して吐出するプリンタヘッドにおいて、前記インクを吐出するための定量オリフィスと、前記希
釈液を吐出するものであって、前記定量オリフィスに近
接しており、前記定量オリフィスとほぼ同一の方向に形
成された吐出オリフィスを有する第１板状部材と、前記定量オリフィスに接続されており、前記定量オリフ
ィスに対して略垂直に形成されているインク定量溝を備
えており、前記第１板状部材の一面側に接着された第２
板状部材とを有することを特徴とするプリンタヘッド。
【請求項２】前記第１板状部材は、ほぼ１（μｍ）以
上であってほぼ１０（μｍ）以下の厚さを有する請求項
１に記載のプリンタヘッド。
【請求項３】前記第１板状部材は、金属材料からなる
請求項１に記載のプリンタヘッド。
【請求項４】前記第１板状部材は、電鋳により形成さ
れる請求項１に記載のプリンタヘッド。
【請求項５】前記定量オリフィス及び前記吐出オリフ
ィスは、前記第１板状部材をレーザ加工することにより
形成される請求項１に記載のプリンタヘッド。
【請求項６】前記定量オリフィス及び前記吐出オリフ
ィスは、前記第１板状部材の他面側に向かってその径が
大きくなるようなテーパを有する請求項１に記載のプリ
ンタヘッド。
【請求項７】前記定量オリフィスは、複数形成されて
いる請求項１のプリンタヘッド。