JP2019104236A - インクジェットヘッドおよびインクジェット印刷装置 - Google Patents
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Abstract
Description
複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
前記ダイヤフラムは積層構造であり、
前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂で構成されており、前記最外層以外の層のうち、1つの層は金属で構成されているインクジェットヘッドを用いる。
(実施の形態1)
図1は本願の実施の形態1を示している。
<インクジェットヘッド100>
図1は、本発明のインクジェットヘッド100の断面図(中央部と端部のみ図示)である。本発明のインクジェットヘッド100は少なくともノズルプレート1上の複数のノズル2と、このノズル2に連通し、隔壁によって圧力室3を画成する流路形成基板4と、流路形成基板4の圧力室3に対応する領域に設けられた圧電素子5の駆動部6と、流路形成基板4の隔壁に対応する領域に設けられた圧電素子5の柱部7と、圧力室3と圧電素子5とを隔てる位置に設けられたダイヤフラム8と、これらの部材の外周を保持し、流路形成基板へのインク供給のための流路を有する筐体(図示せず)とで構成される。なお、圧電素子5の駆動部6は、伸縮し、圧力室3を加圧する部分である。一方、圧電素子5の柱部7は、伸縮せず、固定部分あり、圧力室3の壁を支える。
<ノズルプレート1およびノズル2>
ノズルプレート1は、平板に複数のノズル2を所望の数と間隔で形成したものである。
流路形成基板4は、平板にノズル2の配置に応じた隔壁が、等間隔で設けられた部材である。隔壁と隔壁の間の空間が圧力室3で、図1の紙面手前奥方向に配置される共通流路からインクが供給される。流路形成基板4もレーザ加工やエッチング法などにより形成することができる。また、流路形成基板4の構造によっては、別々に加工した複数の基板を重ね合わせて1枚の流路形成基板4を形成するという方法で製造してもよい。ノズルプレート1と流路形成基板4とは金属接合や接着材などによって接合することができる。接着材を用いる場合、種類は特に問わないが、熱硬化型接着材、2液混合型接着材、紫外線硬化型接着材、嫌気性接着材、あるいはこれらの併用効果により硬化する接着材などを用いることができる。流路形成基板4の材質はステンレスなどの金属やセラミックなどを用いることができるが、熱硬化接着材を用いる場合、熱膨張係数の差によるズレや反りを防ぐためにノズルプレート1と流路形成基板4は同一の材料であることが好ましく、ステンレス材料を用いることが好ましい。
圧電素子5は、互いに噛み合う櫛歯状の2つの内部電極を形成したチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電薄板(シート)を積層した後、積層した圧電体の層の側面のうち、2つの内部電極が対向して露出する両面(図1では紙面の表裏面側)に表面電極と裏面電極を形成したものである。内部電極は積層した圧電体の各層、1層ごとに互い違いに一部分が重ねられるように形成されており、交互に表面電極と裏面電極に接続するように配置される。
ダイヤフラム8は、圧電素子5で発生した変位によって振動し、圧力室3の内部の容積を変動させる。このことで、インクに圧力を発生させ、ノズル2よりインクを吐出させる。また、ダイヤフラム8は、少なくとも2層以上の層の積層構造になっており、そのうち最も流路形成基板4側の樹脂層80(最外層であり、振動板である)は樹脂で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも1つの金属層81は金属で構成されている。他の層があってもよい。
なお、実施の形態1のダイヤフラム8では、圧力室3に対応部分には、金属層81は形成されていない。この部分には、樹脂層80のみであるのが好ましい。
前述のように電子デバイスや光学デバイス高性能化のため微細化するパターン形状を印刷するにはノズル2の径やノズル2の間隔はより小さくなり、インクジェットヘッド100の部材に求められる寸法精度はより厳しくなる。本実施の形態のインクジェットヘッド100のダイヤフラム8は、樹脂層80を樹脂で形成したとしても、製造工程おける負荷による寸法精度の低下や反りが少ないため、安定して高精細なインクジェットヘッド100を作成することができる。
図2は、本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態2を説明するための断面図(中央部のみ図示)である。また、図3は図2のダイヤフラム8のみを図2の紙面下方から見た図である。
図4Aは、本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態3を説明するための断面図(中央部のみ図示)である。本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態2を示す図3と比較すると、金属層81に形成される駆動ゲタ部81aと柱ゲタ部81bのうち、駆動ゲタ部81aの片方の端部が終端部81cになっている点が異なり、これ以外の構成要素は実施の形態2と同じである。
ここで、終端部81cとは、閉じられた部分を意味する。終端部81cは、金属層81を閉じている。
(実施の形態4)
図4Bは、本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態4を説明するための断面図(中央部のみ図示)である。本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態2を示す図3と比較すると、金属層81に形成される駆動ゲタ部81aと柱ゲタ部81bのうち、駆動ゲタ部81aが孤立パターンになっている点が異なり、これ以外の構成要素は実施の形態2と同じである。
(実施の形態5)
図5は、本発明の実施の形態5のインクジェットヘッド100のダイヤフラム8の平面図で、図2の紙面下方の向きから見たものである。紙面奥方向に樹脂層80が、手前方向に金属層81が配置されている。
図6Aのダイヤフラム8にノズルプレート1、流路形成基板4、筐体4aを貼り合わせ、B−B断面を取ったものが図6Bである。図6Bにおいて、ダイヤフラム8のスリット85によって圧力室3に連通する流路形成基板4の共通流路4cと筐体4aに形成された共通流路4bとが連通し、外部から筐体4aの共通流路4bに供給されるインクの供給流路を形成することができる。
また、ダイヤフラム8と筐体4aとの接着を行う接着材86aが、領域86にはみ出すように接着することでスリット85側に面した金属層81の側面を接着材86aが覆い、金属層81がインクに触れないようにすることができる。
本発明の実施の形態6のインクジェットヘッド100では、ダイヤフラム8は少なくとも2層以上の積層構造であり、そのうち最も流路形成基板4側の層は樹脂層80で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも1つの層は厚さ2ミクロン以上の金属層81で構成されている。
図8は、本発明の実施の形態7のインクジェットヘッド100のダイヤフラム8の平面図であり、図2の紙面下方の向きから見たものである。ダイヤフラム8では、紙面奥方向に樹脂層80が、手前方向に金属層81が配置されている。 また、図8は、図2と同様の方向から見た複数のノズル2のなす列の端部付近の断面模式図で、図8に示すダイヤフラム8は、図7のA−A’線付近での断面になる。
実施の形態7の変形例を図9に示す。図9のダイヤフラム8では、樹脂層80は、ノズルプレート1と流路形成基板4と圧電素子5とを位置合わせする穴の位置に貫通穴11が開いておらず、金属層81は、この位置に貫通穴11が開いており、かつ、金属層81の一部がこの位置で貫通穴11を塞いでいる箇所であるゲタマーク部13がある。
本発明の実施の形態8におけるインクジェットヘッド100では、ダイヤフラム8は少なくとも2層以上の積層構造であり、そのうち最も流路形成基板4側の層は樹脂層80で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも1つの層は金属層81で構成されており、かつ、樹脂層80はポリイミドである。
本発明の実施の形態9のインクジェットヘッドでは、圧電素子と流路形成基板とダイヤフラムと複数のノズルを有するノズルプレートとを有し、ダイヤフラムは少なくとも2以上の層を有する積層構造であり、2以上の層のうち最も流路形成基板側の層は樹脂で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも1つの層は金属で構成されており、かつ、金属の層のうち、最も樹脂層側の層は銅である。
本発明の実施の形態10のインクジェット印刷装置200を図10に示す。インクジェット印刷装置200は、枠体105にインクジェットヘッド100が配置されている。インクジェットヘッド100の下部を、被対象物101を保持した搬送具102が移動する。搬送具102は、レール103上を移動する。レール103は、基台104上に固定されている。
インクジェット印刷装置200は、上記実施の形態1ないし10のいずれかに記載のインクジェットヘッド100を搭載している。
(効果)
本願発明では、導電性かつ高粘度のインクであってもヘッドの腐食あるいはインク材料の劣化を引き起こさず、安定して吐出可能なインクジェットヘッド100を提供することができる。さらに、低コストで電子デバイスや光学デバイスのパターンを形成するためのインクジェット印刷装置を提供することができる。
(全体として)
実施の形態は、組み合わせできる。
2 ノズル
3 圧力室
4 流路形成基板
4a 筐体
4b 共通流路
4c 共通流路
5 圧電素子
6 駆動部
7 柱部
8 ダイヤフラム
9 接着層
10 基台
11 貫通穴
12 カメラ
13 ゲタマーク部
21 貫通穴
31 貫通穴
51 穴
80 樹脂層
81 金属層
81a 駆動ゲタ部
81b 柱ゲタ部
81c 終端部
82 自由端部
83 ベタ部分
84 樹脂層のみの部分
85 スリット
86 領域
86a 接着材
EL 有機
100 インクジェットヘッド
101 被対象物
102 搬送具
103 レール
104 基台
105 枠体
200 インクジェット印刷装置
Claims (13)
- 複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
前記ダイヤフラムは積層構造であり、
前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、1つの層は金属層で構成されているインクジェットヘッド。 - 前記金属層は前記複数のノズルの配置に対応したパターンを形成している請求項1記載のインクジェットヘッド。
- 前記樹脂層には、前記金属層と流路形成基板とが存在しない自由端がある請求項1または2記載のインクジェットヘッド。
- 前記金属層は前記複数のノズルの配置に対応したパターンを形成しており、さらに、そのパターンのうち、少なくとも前記圧電素子の駆動する部分に接している複数の駆動ゲタ部は、前記複数のノズルのなす列の方向および前記ダイヤフラムの積層方向と直交する方向の両端で繋がっている請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記金属層は前記複数のノズルの配置に対応したパターンを形成しており、さらに、そのパターンのうち、少なくとも前記圧電素子の駆動する部分に接している駆動ゲタ部は、前記複数のノズルのなす列の方向および前記ダイヤフラムの積層方向と直交する方向のうち、1つの方向に前記ダイヤフラムで遮られる終端部有している請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記金属層は複数のノズルの配置に対応したパターンを形成しており、さらに、そのパターンのうち、少なくとも前記圧電素子の駆動する部分に接している駆動ゲタ部は、孤立パターンである請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記金属層は少なくとも、ダイヤフラムの外周部の一部あるいは全部を除く領域にわたるベタ部分を有している請求項1〜6のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記ダイヤフラムの2以上の層のうち最も前記流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、1つの層は厚さ2ミクロン以上の金属層で構成されている請求項1〜7のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記流路形成基板と前記ノズルプレートには前記圧電素子と位置合わせするための貫通穴があいており、かつ、前記ダイヤフラムにおける前記樹脂層は光透過性を有し、かつ、前記貫通穴を塞いでおり、かつ、前記金属層は前記貫通穴を塞がない構造になっている請求項1〜8のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記流路形成基板と前記ノズルプレートには圧電素子と位置合わせするための貫通穴があいており、かつ前記ダイヤフラムの樹脂層は光透過性を有し、かつ、前記貫通穴を塞いでおり、
前記金属層の少なくとも一部は前記貫通穴を塞がない構造になっている請求項1〜9のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。 - 前記樹脂の層はポリイミドである請求項1〜10のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記金属の層のうち、最も前記樹脂の層側の層は銅の層であることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
- 請求項1ないし12のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット印刷装置。
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