JP2023032353A - Liquid discharge head and method for manufacturing liquid discharge head - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a liquid ejection head and a method for manufacturing the liquid ejection head.
近年、インクジェットヘッドにおいて、高生産性が求められ、高速化や液滴量増加が課題となっている。例えば、シェアモードシェアードウォール式のインクジェットヘッドは、ハイパワーとなり、高粘度インクの吐出や大きな液滴の吐出に向いている。シェアモードシェアウォール式のインクジェットヘッドにおいては、同じ駆動柱を２つの圧力室で共有し、複数配列される室のうちの１／３を圧力室として同時に駆動する所謂３サイクル駆動が一般的である。また、駆動する圧力室の両側をダミー圧力室として、１つの圧力室を独立した２つの駆動柱で駆動する独立駆動ヘッドも開発されている。例えば、圧電体に多数の溝を形成し、１本おきに出入り口を塞ぎ、出入り口が塞がれない溝を圧力室とし、塞がれた溝を空気室として、独立駆動とする構造が開発されている。 In recent years, there has been a demand for high productivity in inkjet heads, and increasing speed and increasing the amount of droplets have become issues. For example, a shared mode shared wall inkjet head has high power and is suitable for ejecting high-viscosity ink and ejecting large droplets. In the share mode share wall type ink jet head, the same driving column is shared by two pressure chambers, and 1/3 of the plurality of arranged chambers are commonly driven as pressure chambers at the same time, so-called three-cycle drive. . Also, an independent drive head has been developed in which both sides of the pressure chamber to be driven are used as dummy pressure chambers and two independent drive columns are used to drive one pressure chamber. For example, a structure has been developed in which a large number of grooves are formed in a piezoelectric body, the entrances and exits are closed every other one, the grooves in which the entrances and exits are not blocked are used as pressure chambers, and the closed grooves are used as air chambers, and are independently driven. ing.
このようなインクジェットヘッドにおいては、インク滴が吐出した後、共通液室から圧力室にインクが補給される。このとき、ノズルでオーバーシュートしてメニスカスが盛り上る現象が発生する。共通液室からノズルに至る流路の流体抵抗が小さいほどオーバーシュートは大きくなり、このオーバーシュートが収まらないとメニスカスが安定した状態で吐出をすることができない。したがって、インクジェットヘッドにおいて高速化するには、メニスカスの盛り上りを早く収束させ、安定的な吐出特性を確保することが求められる。 In such an inkjet head, ink is replenished from the common liquid chamber to the pressure chamber after ink droplets are ejected. At this time, a phenomenon occurs in which the nozzle overshoots and the meniscus rises. The smaller the fluid resistance in the flow path from the common liquid chamber to the nozzles, the greater the overshoot. If the overshoot is not suppressed, the meniscus cannot be discharged in a stable state. Therefore, in order to increase the speed of an inkjet head, it is required to quickly converge the swelling of the meniscus and ensure stable ejection characteristics.
本発明が解決しようとする課題は、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。 A problem to be solved by the present invention is to provide a liquid ejection head and a method for manufacturing the liquid ejection head that can ensure stable ejection characteristics.
一実施形態に係る液体吐出ヘッドは、複数の圧力室と、複数のダミー室と、共通室と、カバー部材と、を備える。複数の圧力室は、液体を吐出するノズルに連通する。複数のダミー室は複数の前記圧力室の間に配される。共通室は、複数の前記圧力室の両側に連通する。カバー部材は、前記圧力室及び前記ダミー室の前記共通室に開口する開口を覆うとともに、前記圧力室に対向する位置に孔部を有する。 A liquid ejection head according to one embodiment includes a plurality of pressure chambers, a plurality of dummy chambers, a common chamber, and a cover member. The plurality of pressure chambers communicate with nozzles that eject liquid. A plurality of dummy chambers are arranged between the plurality of pressure chambers. A common chamber communicates with both sides of the plurality of pressure chambers. The cover member covers openings of the pressure chamber and the dummy chamber that open to the common chamber, and has a hole at a position facing the pressure chamber.
以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１０の構成について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図であり、図２はインクジェットヘッドの一部の分解斜視図である。図３、図４はインクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図である。図５はインクジェットヘッドの製造工程の説明図である。図中Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する第１方向、第２方向、及び３方向をそれぞれ示す。なお、本実施形態において、インクジェットヘッド１０のノズル２８や圧力室３１の並列方向がＸ軸に、圧力室３１の延出方向がＹ軸に、液体の吐出方向がＺ軸に、それぞれ沿う姿勢を基準として方向の説明を記載するが、これに限られるものではない。
The configuration of an
図１乃至図４に示すように、インクジェットヘッド１０は、いわゆるサイドシュータ型のシェアモードシェアウォール方式インクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１０は、インクを吐出するための装置であり、例えばインクジェットプリンタの内部に搭載される。例えばインクジェットヘッド１０は圧力室３１とダミー室３２が交互に配される独立駆動式のインクジェットヘッドである。ダミー室３２は、インクが供給されない空気室であり、ノズル２８を備えない。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
インクジェットヘッド１０は、アクチュエータベース１１と、ノズルプレート１２と、フレーム１３と、を備えている。アクチュエータベース１１は、基材の一例である。インクジェットヘッド１０の内部に、液体の一例としてのインクが供給されるインク室２７が形成される。
The
さらに、インクジェットヘッド１０は、インクジェットヘッド１０を制御する回路基板１７や、インクジェットヘッド１０とインクタンクとの間の経路の一部を形成するマニホールド１８などの部品を備える。
Furthermore, the
図２に示すように、アクチュエータベース１１は、基板２１と、一対のアクチュエータ２２と、絞り部２４０と、を備える。
As shown in FIG. 2 , the
基板２１は、例えばアルミナなどのセラミックスによって矩形の板状に形成される。基板２１は平坦な実装面を有する。基板の実装面に一対のアクチュエータ２２が接合されている。基板２１には複数の供給孔２５と排出孔２６とが形成されている。
The
図２に示すように、アクチュエータベース１１の基板２１には、パターン配線２１１が形成される。パターン配線２１１は、例えばニッケル薄膜によって形成される。パターン配線２１１は、共通パターンや個別パターンを有し、アクチュエータ２２に形成された電極層３４に接続される所定のパターン形状に構成される。
As shown in FIG. 2,
供給孔２５は、基板２１の中央部であって一対のアクチュエータ２２の間において、アクチュエータ２２の長手方向に並んで設けられている。供給孔２５は、マニホールド１８のインク供給部に連通する。供給孔２５は、インク供給部を介してインクタンクに接続される。供給孔２５はインクタンクのインクをインク室２７に供給する。
The
排出孔２６は、供給孔２５及び一対のアクチュエータ２２を挟んで、二列に並んで設けられている。排出孔２６は、マニホールド１８のインク排出部に連通する。排出孔２６は、インク排出部を介してインクタンクに接続される。排出孔２６はインク室２７のインクをインクタンクに排出する。
The
一対のアクチュエータ２２は、基板２１の実装面に接着される。一対のアクチュエータ２２は供給孔２５を挟んで二列に並んで基板２１に設けられている。各アクチュエータ２２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成された板状の二つの圧電体によってそれぞれ形成される。前記二つの圧電体は、分極方向がその厚さ方向に互いに逆向きになるように貼り合わされる。アクチュエータ２２は、例えば熱硬化性を有するエポキシ系接着剤によって基板２１の実装面に接着される。図２に示すように、アクチュエータ２２は、二列に並ぶノズル２８に対応して、インク室２７内において平行に並んで配置される。アクチュエータ２２は、インク室２７を、供給孔２５が開口する第１共通室２７１と、排出孔２６が開口する二つの第２共通室２７２とに区切る。
A pair of
アクチュエータ２２は、断面台形状に形成される。アクチュエータ２２の側面部２２１は、第２方向及び第３方向に対して傾斜する傾斜面を有する。すなわち、アクチュエータ２２は第２方向に直交する断面視が台形状に構成される。アクチュエータ２２の頂部は、ノズルプレート１２に接着される。アクチュエータ２２は、複数の圧力室３１と、複数のダミー室３２と、を備える。アクチュエータ２２は、複数の側壁部３３を有し、側壁部３３の間に、圧力室３１及びダミー室３２を構成する溝を有する。言い換えると、側壁部３３は、圧力室３１及びダミー室３２を形成する溝の間に駆動素子として形成される。
The
図１乃至図６に示すように、溝の底面部と基板２１の主面とは傾斜する側面部２２１によって繋がる。圧力室３１とダミー室３２とは、交互に配置される。圧力室３１およびダミー室３２は、アクチュエータ２２の長手方向と交差する方向にそれぞれ延び、アクチュエータ２２の長手方向である第１方向（図中Ｘ軸）において複数並列する。
As shown in FIGS. 1 to 6 , the bottom surface of the groove and the main surface of the
なお、圧力室３１の形状とダミー室３２の形状とが異なっていても良い。側壁部３３は、圧力室３１とダミー室３２の間に形成され、駆動信号に応じて変形することで、圧力室３１の容積を変化させる。
The shape of the
アクチュエータベース１１の圧力室３１及びダミー室３２の内壁面はそれぞれ電極層３４が設けられている。電極層３４は、例えばニッケル薄膜等の導電膜によって形成される。電極層３４は溝の内面部から基板２１上に至り、パターン配線２１１に接続される。例えば電極層３４は、少なくとも側壁部３３の側面部、すなわち圧力室３１を構成する溝の側壁面に、形成されている。電極層３４は例えば圧力室３１の側面部及び底面部に形成されていてもよい。
An
複数の圧力室３１は、頂部に接合されるノズルプレート１２の複数のノズル２８に連通する。圧力室３１の第２方向の両端はインク室２７に連通する。すなわち、一方の端部はインク室２７の第１共通室２７１に開口し、他方の端部は、インク室２７の第２共通室２７２に開口する。このため、圧力室３１の一方の端部からインクが流入し、他方の端部からインクが流出する。圧力室３１の両端部には、圧力室３１内部よりも流体抵抗が大きく構成された絞り口２４２を有する絞り部２４０が形成される。
The plurality of
絞り部２４０は、圧力室内よりも連通口の開口を狭める形状に構成される。一例として、絞り部２４０は、圧力室３１の第２方向の端部において、第１方向の両側面に形成される一対の突起部２４１を有する。突起部２４１は、圧力室３１内の電極層３４上に成膜された電着レジスト膜で構成される。
The narrowed
一対の突起部２４１はそれぞれ圧力室３１の溝の深さ方向である第３方向において全長に渡って形成されていてもよいし、第３方向における一部に形成されていてもよい。突起部２４１は、例えば圧力室３１の両側面にそれぞれ形成される。例えば一対の突起部２４１はそれぞれ第３方向に長い方体形状状に構成される。
The pair of
圧力室３１を構成する溝は突起部２４１よって完全には覆われず、一対の突起部２４１の間に、圧力室３１と第１共通室２７１及び第２共通室２７２とを連通する絞り口２４２が形成される。絞り口２４２は圧力室の深さ方向となる第３方向に延びるスリット形状であり、その第１方向の開口幅が、圧力室３１内部の第１方向の幅よりも小さく構成されていることにより、圧力室３１の流路断面積より小さく構成されている。すなわち、突起部２４１によって第２方向両端の連通口が一部塞がれて流路抵抗が増加する絞り部２４０が形成される。絞り部２４０は、圧力室３１及びダミー室３２の内壁に、電着塗膜によって電着レジスト膜２４３を成膜した後、露光及び現像によって、所定の形状に成形される。
The grooves forming the
具体的には、絞り部２４０は、圧力室３１両端部において電着塗膜により感光性樹脂を塗布した後、露光によって突起部２４１を構成する対象部位を硬化させ、現像液で不要な未露光樹脂を洗い流す現像処理によって成形される。
Specifically, the narrowed
なお、絞り部２４０の流体抵抗は、大きくしすぎると、インク滴吐出後の圧力室３１へのインクの補給が遅くなり、高速化を阻害することになる。また、メニスカスの盛り上りは、インク粘度、吐出体積、駆動周波数などにより異なる。したがって、突起部２４１の形状、絞り部２４０の絞り口２４２の寸法や位置は、インク補給条件やメニスカスの盛り上がりの特性に応じた流路抵抗となるよう設定される。
Note that if the fluid resistance of the
ダミー室３２は第３方向における一方側が頂部に接合されるノズルプレート１２によって塞がれる。また複数のダミー室３２は例えば第２方向の両端がカバー部２３により塞がれる。すなわち、インク室２７の第１共通室２７１とダミー室３２の入口との間、及びダミー室３２の出口と第２共通室２７２との間にそれぞれカバー部２３が配され、ダミー室３２の両端はインク室２７と隔てられている。このため、ダミー室３２はインクが流入しない空気室を構成する。
One side of the
例えばカバー部２３はダミー室３２の両端部に感光性樹脂を塗布した後、対象部位を硬化させて形成される。なお、突起部２４１及びカバー部２３は、例えば同じ感光性樹脂材により同時に構成されてもよい。
For example, the
ノズルプレート１２は、例えばポリイミド製の矩形のフィルムによって形成される。ノズルプレート１２は、アクチュエータベース１１の実装面に対向する。ノズルプレート１２には、ノズルプレート１２を厚さ方向に貫通する、複数のノズル２８が形成される。
The
複数のノズル２８は、圧力室３１と同数設けられ、圧力室３１にそれぞれ対向して配置される。ノズル２８は、第１方向に沿って複数並び、一対のアクチュエータ２２に対応して２列に配列される。各ノズル２８はそれぞれ軸が第３方向に延びる筒状に構成される。例えばノズル２８は径が一定であっても、中央部または先端部にかけて縮径する形状であってもよい。ノズル２８は、一対のアクチュエータ２２に形成される圧力室３１の延出方向の中途部に対向配置され、圧力室３１にそれぞれ連通する。ノズル２８は、各圧力室３１の、長手方向中央部に１つずつ、配置される。
The plurality of
フレーム１３は、例えばニッケル合金によって矩形の枠状に形成される。フレーム１３は、アクチュエータベース１１の実装面とノズルプレート１２との間に介在する。フレーム１３は、アクチュエータベース１１の実装面とノズルプレート１２とにそれぞれ接着される。すなわち、ノズルプレート１２は、フレーム１３を介してアクチュエータベース１１に取り付けられている。
The
マニホールド１８は、アクチュエータベース１１のノズルプレート１２とは反対側に接合される。マニホールド１８の内部に、供給孔２５に連通する流路であるインク供給部や排出孔２６に連通する流路であるインク排出部が形成される。
The manifold 18 is joined to the opposite side of the
回路基板１７は、フィルムキャリアパッケージ（ＦＣＰ）である。回路基板１７は、複数の配線が形成されるとともに、柔軟性を有する樹脂製のフィルム５１と、フィルム５１の複数の配線に接続されたＩＣ５２と、を有する。ＩＣ５２はフィルム５１の配線やパターン配線２１１を介して電極層３４に電気的に接続される。
以上のように構成されたインクジェットヘッド１０の内部において、アクチュエータベース１１と、ノズルプレート１２と、フレーム１３とに囲まれるインク室２７が形成される。すなわち、インク室２７は、アクチュエータベース１１とノズルプレート１２との間に形成される。例えばインク室２７は、２つのアクチュエータ２２によって第２方向において３つの区間に仕切られ、排出孔２６が開口する共通室としての二つの第２共通室２７２と、供給孔２５が開口する共通室としての第１共通室２７１と、を有する。第１共通室２７１及び第２共通室２７２は、複数の圧力室３１に連通している。
An
以上のように構成されたインクジェットヘッド１０において、供給孔、圧力室、及び排出孔を通って、インクはインクタンクとインク室２７との間で循環する。例えばインクジェットプリンタの制御部から入力された信号によって、駆動ＩＣ５２がフィルム５１の配線を介して圧力室３１の電極層３４に駆動電圧を印加することにより、圧力室３１の電極層３４と、ダミー室３２の電極層３４との間に電位差を生じさせることで、側壁部３３を選択的にシェアモード変形させる。圧力室３１とダミー室３２の間に形成された側壁部３３を駆動信号に応じて変形することで、圧力室３１の容積を変化させる。
In the
側壁部３３がシェアモード変形することにより、当該電極層３４が設けられた圧力室３１の容積が増加し、圧力が減少する。これにより、当該圧力室３１にインク室２７のインクが流入する。
Due to the shear mode deformation of the
圧力室３１の容積が増加した状態で、ＩＣ５２が圧力室３１の電極層３４に逆電位の駆動電圧を印加する。これにより、側壁部３３がシェアモード変形して当該電極層３４が設けられた圧力室３１の容積が減少し、圧力が増加する。これにより、圧力室３１の中のインクが加圧され、ノズル２８から吐出される。
With the volume of the
インクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。まず、板状の基板２１に複数の溝を形成する圧電部材を接着剤等で貼り付け、ダイシングソーやスライサー等を使用した機械加工を施して所定形状の外形を有するアクチュエータベース１１を成形する。なお、例えば予め複数枚分の厚さのブロック状のベース部材を形成してから分割し、所定形状のアクチュエータベース１１を複数枚製造してもよい。
A method for manufacturing the
続いて、圧力室３１やダミー室３２を構成する溝の内面や基板２１の表面に電極層３４やパターン配線２１１を形成する。以上により、アクチュエータベース１１の表面に、電極層３４、及びパターン配線２１１が所定箇所にそれぞれ形成される。
Subsequently, the
続いて、図５に示すように、絞り部２４０を形成する。例えば絞り部２４０は、ダミー室３２及び圧力室３１を構成する溝内に電着レジスト膜２４３を成膜する成膜処理Ａｃｔ１と、電着レジスト膜２４３を圧力室３１の両側の出入り口である連通口において所定形状に成形する成形処理Ａｃｔ２と、により形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5, a narrowed
成膜処理Ａｃｔ１として、ダミー室３２及び圧力室３１を構成する溝の内面に形成された電極層３４の全面に、電着レジスト膜２４３を成膜する。このとき、電圧等の塗膜条件を制御することで、電着レジスト膜２４３の厚さを制御できる。したがって、所望の絞り口２４２を形成できる厚さになるように、塗膜条件を調整する。
As a film forming process Act1, an electrodeposited resist
そして、成形処理Ａｃｔ２として、突起部２４１となる部位が未硬化となる露光パターンを有する露光マスクを重ね、露光することで、一対の突起部２４１を硬化させ、さらに現像処理として、現像液で未硬化部位を洗い流す。例えばポジ型電着レジストを用いて圧力室３１内側に電着レジスト膜２４３の絞り部２４０を形成する場合、露光マスクを介して突起部２４１を形成したい場所以外の電着レジスト膜を露光する。その後、現像液で露光部の電着レジスト膜を除去することで圧力室３１の溝の出入口に一対の突起部２４１を形成し、間に絞り口２４２を形成する。ネガ型の電着レジストを用いる場合、圧力室内側に電着レジスト膜を形成し、露光マスクを介して突起部２４１を形成したい場所の電着レジスト膜を露光する。その後、現像液で非露光部の電着レジスト膜を除去することで、圧力室３１の出入り口において一対の突起部２４１を形成し、間に絞り口２４２を形成する。
Then, as a molding process Act2, an exposure mask having an exposure pattern in which the portions to be the
また、カバー部２３を所定箇所に形成することによってダミー室３２の両端を塞ぐ。例えばダミー室３２を構成する溝に感光性樹脂を充填し、硬化させることにより、カバー部２３を形成する。なおカバー部２３は、絞り部２４０を形成する前に形成してもよい。
Moreover, both ends of the
さらに、アクチュエータベース１１をマニホールド１８に組み付け、アクチュエータベース１１の基板２１の一方の面に、熱可塑性樹脂の接着シートにより、フレーム１３を貼付ける。
Further, the
そして、組立てられたフレーム１３、アクチュエータ２２の側壁部３３の頂部２２２、及び突起部２４１のノズルプレート１２側の面が同一面となるよう研磨する。そして、側壁部３３の頂部２２２、フレーム１３、突起部２４１の研磨面にノズルプレート１２を接着して取り付ける。このとき、圧力室３１にノズル２８が対向するように位置決めを行う。さらに、図１に示すように基板２１の主面に形成されたパターン配線２１１に、フレキシブルプリント基板を介して駆動ＩＣチップ５２や回路基板１７を接続することで、インクジェットヘッド１０が完成する。
Then, the assembled
以下に、インクジェットヘッド１０を備えるインクジェットプリンタ１００の一例について、図１５を参照して説明する。インクジェットプリンタ１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１１６と、を備える。
An example of an
インクジェットプリンタ１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ａに沿って、吐出対象物である記録媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。
The
筐体１１１は、インクジェットプリンタ１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。
A
媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。
The
媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。
The
画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。
The
支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。
The
支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。
During image formation, the
ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１０と、各インクジェットヘッド１０上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１０とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、循環部である循環ポンプ１３４と、を備える。ヘッドユニット１３０は、インクタンク１３２と、インクジェットヘッド１０の内部に作りこまれた圧力室３１、ダミー室３２、及びインク室２７において液体を常時循環させる循環型のヘッドユニットである。
The
本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１０と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によってインクジェットヘッド１０に接続される。接続流路１３３は、インクジェットヘッド１０の供給口に接続される供給流路と、インクジェットヘッド１０の排出口に接続される回収流路と、を備える。
In this embodiment, there are four ink jet heads 10 of cyan, magenta, yellow, and black, and
また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド１０とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置はインクタンク１３２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１０の各ノズル２８に供給されたインクを所定形状のメニスカスを形成する。
The
循環ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。循環ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。循環ポンプ１３４は、配線により制御部１１６の駆動回路に接続され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）による制御によって制御可能に構成される。循環ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１０とインクタンク１３２を含む循環流路で液体を循環させる。
The
搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ａに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ａに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。
The
複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って案内する。 The plurality of guide plate pairs 121 each include a pair of plate members arranged opposite to each other with the paper P being transported therebetween, and guide the paper P along the transport path A. As shown in FIG.
搬送用ローラ１２２は、制御部１１６の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ａには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。
The
制御部１１６は、コントローラであるＣＰＵ等の制御回路と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。
The
以上のように構成されたインクジェットプリンタ１００において、制御部１１６は、例えばインターフィースにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１０を駆動する。インクジェットヘッド１０は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、ＩＣに駆動信号を送り、配線を介して圧力室３１の電極層３４に駆動電圧を印加してアクチュエータ２２の側壁部３３を選択的に駆動してノズル２８からインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１１６は、循環ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２とインクジェットヘッド１０とを通る循環流路で液体を循環させる。循環動作により、インクタンク１３２内のインクは、循環ポンプ１３４が駆動されることにより、インクタンク１３２のインクが、マニホールド１８のインク供給部を通って、供給孔２５からインク室２７の第１共通室２７１に供給される。このインクは、一対のアクチュエータ２２の複数の圧力室３１と、複数のダミー室３２とに供給される。インクは、圧力室３１とダミー室３２とを通ってインク室２７の第２共通室２７２に流入する。このインクは、排出孔２６から、マニホールド１８のインク排出部を通ってインクタンク１３２に排出される。
In the
上述した実施形態によれば周波数特性の高いインクジェットヘッドを提供できる。すなわち、上記実施形態に係るインクジェットヘッド１０は、圧力室３１にカバー部材２４を備えることで、圧力室３１の入り口及び出口が圧力室３１内部や第１共通室２７１、第２共通室２７２よりも流路抵抗が大きい。具体例として、圧力室３１の共通室である第１共通室２７１や第２共通室２７２に開口する開口部が、圧力室３１の流路断面積より小さい。このため、インクジェットヘッド１０において液体吐出を行った際のメニスカスの盛り上がりが小さくなる。したがって、メニスカスの復帰が早くなり次弾への影響が軽減でき、吐出安定性が向上できる。
According to the embodiment described above, an inkjet head with high frequency characteristics can be provided. That is, in the
図６は、絞り（絞り部２４０）を備えるインクジェットヘッド１１０の試験例１と、絞りを備えていないインクジェットヘッド１０１０の試験例２である。図７は、試験例１に係る絞りを有するインクジェットヘッド１１０の周波数特性を示し、図８は、比較例２としての絞りを備えないインクジェットヘッド１０１０の、周波数特性を示す。図７及び図８においてそれぞれノズルの吐出速度と、周波数との関係を、１ｄｒｏｐ、３ｄｒｏｐの場合について、それぞれ示している。
FIG. 6 shows Test Example 1 of the
ここで、試験例１にかかるインクジェットヘッド１１０は、圧力室３１の延出方向である第２方向の両側が共通室に連通するとともに、圧力室３１の延出方向の中途部にノズル２８が開口するサイドシュータ型である。
Here, in the
図８に示されるように試験例２に係るインクジェットヘッド１０１０においては、低周波領域では吐出速度はフラットであるが、周波数が高くなるにつれて吐出速度が減少傾向にあり、低周波領域と高周波領域で吐出速度に差異がある。試験例２に係るインクジェットヘッド１０１０の１ｄｒｏｐにおいては、２５ｋＨｚまでは、吐出速度はフラットであるが、２５ｋＨｚ以上で周波数が高くなるにつれて吐出速度が減少傾向である。また、試験例２に係るインクジェットヘッド１０１０の３ｄｒｏｐにおいては、１５ｋＨｚまでは、吐出速度はフラットであるが、１５ｋＨｚ以上で周波数が高くなるにつれて吐出速度が減少傾向である。したがって、印刷のパターンによって着弾位置にズレが生じる。このように吐出速度に差異が大きいと、メニスカスの盛り上りが収まるのに時間がかかり、印字品質低下を引き起こすため、高速駆動することができない。
As shown in FIG. 8, in the
一方、図７に示すように、絞り部を有するインクジェットヘッド１１０では、１ｄｒｏｐ及び３ｄｒｏｐ共に吐出速度がフラットな傾向にある。これは、共通液からノズル間の流体抵抗が大きくなり、メニスカスの盛り上がりが小さくなるためである。
On the other hand, as shown in FIG. 7, in the
また図９は圧力室に絞りを設けた試験例１と絞りを設けない試験例２のメニスカス復帰のシミュレーション結果を示している。図９によれば、ノズルのメニスカス状態は低周波の場合、インク滴を吐出してから次弾が吐出されるまでに十分な時間があり、絞り有無に関わらずメニスカスの復帰を待ってから安定状態で吐出が可能である。一方、高周波の場合、ドット（インク滴）を吐出してから次弾が吐出されるまでの時間が短いために、メニスカスの復帰前に次弾の吐出が始まる。このため、絞りを設けないインクジェットヘッド１０１０の場合には、吐出した後、メニスカスの盛り上がりが大きくなり、次弾の吐出までにメニスカス復帰できず、吐出速度が低下する。それに対して、絞りを設けた場合はメニスカスの盛り上がりが小さくなるため、メニスカスの復帰が早くなり次弾への影響が軽減できる。よってこれらのシミュレーション結果から、圧力室３１と共通室との間に絞りを設けることでインクジェットヘッド１１０吐出安定性向上に繋がると言える。
FIG. 9 shows simulation results of meniscus restoration in Test Example 1 in which a throttle is provided in the pressure chamber and Test Example 2 in which no throttle is provided. According to FIG. 9, when the meniscus state of the nozzle is at a low frequency, there is sufficient time from the ejection of an ink droplet to the ejection of the next ink droplet. Ejection is possible in this state. On the other hand, in the case of high frequency, the time from ejection of a dot (ink droplet) to ejection of the next bullet is short, so ejection of the next bullet starts before the meniscus returns. For this reason, in the case of the
図１０は試験例１としてのサイドシュータ型のインクジェットヘッド１１０と、インク出入り口が一端でノズルが他端に形成された試験例３としてのシェアモードシェアードウォール式エンドシュータ型のインクジェットヘッド２０１０の、説明図である。
FIG. 10 illustrates a side shooter
図１１乃至図１４は試験例３としてのエンドシュータ型のインクジェットヘッド２０１０と、サイドシュータ型の試験例１のインクジェットヘッド１１０においてそれぞれ絞りを設けた場合の、シミュレーション特性比較した図である。図１１は駆動波形、図１２はノズル流速振動、図１３は吐出体積、図１４はメニスカスの復帰特性を、それぞれ示す。
11 to 14 are diagrams comparing the simulation characteristics of the end shooter type
また、試験例３にかかるインクジェットヘッド２０１０は、圧力室３１の延出方向である第２方向の一端側が共通室に連通し、他端部が閉じ、流路の端部にノズルが開口するエンドシュータ型とした。すなわち、インクジェットヘッド２０１０は第２方向の一方からノズル２８に向けて流れる流路を構成する。
In addition, in the
試験例３としての片側から供給するエンドシュータ型のインクジェットヘッド２０１０と、両側供給のサイドシュータ型の試験例１としてのインクジェットヘッド１１０は、吐出体積、ノズル流速振動、メニスカス復帰特性を揃えた時の駆動電圧は両側供給のサイドシュータ型の構成が最も低いため、両側供給は片側供給に対して、駆動効率の観点から優位性が高いと言える。すなわち、圧力室の中央にノズルがあり、インクの出入り口が両端にある、所謂サイドシュータ型のインクジェットヘッド１１０の方が、エンドシュータ型のインクジェットヘッド２０１０よりも吐出効率が優れている。
The end shooter type
なお、一般的に、シェアモードシェアードウォール式のインクジェットヘッドにおいては、例えば圧力室が圧電体にダイヤモンドカッターで形成された微細な溝で構成されるため、圧力室の一部分の断面を小さくすることが困難であるが、上記実施形態によれば、アクチュエータ２２の溝に電着レジスト膜を成膜し、露光処理によってパターニングすることで、絞り部２４０を形成することができ、工程が少なく、安価かつ容易に絞りを形成できる。さらに、露光及び現像により形状を比較的自由に選択できるので、絞りの流体抵抗を自由に設計することも容易である。例えば電着レジスト膜の膜厚は電圧で制御可能なため容易に絞り部の絞り幅を制御することができる。また、上記実施形態において、アクチュエータ２２の側面部２２１が傾斜面を構成することにより、露光方向の制約が少なく、露光及び現像処理が容易となる。
Generally, in a shared-mode shared-wall type ink jet head, for example, pressure chambers are composed of fine grooves formed in a piezoelectric body by a diamond cutter. Although it is difficult, according to the above-described embodiment, by forming an electrodeposited resist film in the groove of the
また、上記実施形態にかかるインクジェットヘッド１０においては、圧力室３１の出入口となる連通口において部分的に絞りを形成するため、圧力室３１を全体的に縮幅するよりも圧力室３１の体積を確保しやすい。したがって、圧力室を全体的に縮幅する構成と比べてノズルや液滴の大きさに制約が少なく、吐出性能を維持しやすい。
In addition, in the
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the present invention at the implementation stage.
上記実施形態において、流路抵抗を増加する絞り部２４０は、圧力室３１の両側の側壁部３３の壁面に形成された一対の突起部２４１を有する構成としたが、絞り部２４０の形状はこれに限られるものではない。例えば圧力室３１の底部側の一部、あるいはノズルプレート１２側の一部に形成される突起であってもよいし、圧力室３１の底部側の領域を感光性樹脂によって一部埋める形状であってもよい。例えば絞り口２４２は圧力室の深さ方向となる第３方向に延びるスリット形状としたが、他の方向に延びていてもよく、あるいは円形や長円形を含む他の形状であってもよい。
In the above-described embodiment, the narrowed
また、カバー部２３及び突起部２４１は圧力室３１やダミー室３２を形成する溝の内側に形成され溝の一部を埋める形状としたが、これに限られるものではない。例えばアクチュエータの側面において、圧力室３１やダミー室３２を形成する溝の外側に、感光性樹脂を配してダミー室３２を塞ぐカバー部２３や圧力室３１の連通口を一部塞ぐ例えば突起部２４１などの絞り部２４０を、形成してもよい。
Moreover, although the
上記実施形態においては、基板２１の主面部分に複数の溝を備えるアクチュエータ２２を配した例を示したが、これに限られるものではない。たとえば基板２１の端面に、アクチュエータを備える構成であってもよい。また、ノズル列の数も上記実施形態に限られるものではなく、１列、あるいは３列以上備える構成としてもよい。
In the above embodiment, an example in which the
また、上記実施形態においては、基板２１に圧電部材１３１からなる積層圧電体を備えたアクチュエータベース１１を例示したが、これに限るものではない。例えば基板を用いずに圧電部材のみでアクチュエータベース１１を形成しても良い。また、２枚の圧電部材を用いずに、１枚の圧電部材としてもよい。またダミー室３２は共通室である第１共通室２７１や第２共通室２７２に連通していてもよい。また供給側と排出側が逆であってもよく、あるいは切り替え可能に構成されていてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態においては、一例として、圧力室３１の一方側が供給側であり、他方側が排出側であり、第１共通室流体が圧力室の一方側から流入して他方側から流出する循環型のインクジェットヘッドを例示したがこれに限られるものではない。例えば非循環型としてもよい。また、例えば圧力室３１の両側の共通室が供給側であって、両側から流入する構成であってもよい。すなわち、圧力室３１の両側から流体が流入し、圧力室３１の中央に配置されるノズル２８から流出する構成であってもよい。この場合にあっても、圧力室３１の両側の入口となる連通口に絞り部２４０を設けることによって、流体抵抗が増加し、吐出効率が改善できる。
In the above embodiment, as an example, one side of the
例えば、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。 For example, the liquid to be ejected is not limited to ink for printing, and may be a device that ejects liquid containing conductive particles for forming a wiring pattern of a printed wiring board.
また、上記実施形態において、インクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。 In the above embodiments, the inkjet head is used in a liquid ejection device such as an inkjet printer. However, it is not limited to this, and can also be used in, for example, 3D printers, industrial manufacturing machines, and medical applications. It is possible to reduce the size, weight, and cost.
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供できる。 According to at least one embodiment described above, it is possible to provide a liquid ejection head and a method for manufacturing the liquid ejection head that can ensure stable ejection characteristics.
この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Additionally, while several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
１０…インクジェットヘッド、１１…アクチュエータベース、１２…ノズルプレート、１３…フレーム、１７…回路基板、１８…マニホールド、２１…基板、２２…アクチュエータ、２４…カバー部材（壁部）、２５…供給孔、２６…排出孔、２７…インク室、３１…圧力室、３２…ダミー室、３３…側壁部、３４…電極層、５１…フィルム、５２…駆動ＩＣチップ、１００…インクジェットプリンタ、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１６…制御部、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…循環ポンプ、２１１…パターン配線、２２１…側面部、２２２…頂部、２４０…絞り部、２４１…突起部、２４２…絞り口、２４３…電着レジスト膜、２７１…第１共通室、２７２…第２共通室。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記アクチュエータの前記圧力室の両端部にそれぞれ連通する共通室と、
前記電極層上に成膜される電着レジスト膜で構成され、前記アクチュエータの前記圧力室の両側の前記共通室に連通する開口部に配され前記圧力室の前記共通室に連通する開口部の一部を塞ぐ、絞り部と、
を備える、サイドシュータ型の、液体吐出ヘッド。 a plurality of pressure chambers communicating with nozzles for ejecting liquid, a plurality of grooves forming a plurality of dummy chambers disposed between the pressure chambers, and between the grooves forming the pressure chambers and the dummy chambers. and an electrode layer formed on the inner wall of the groove;
a common chamber communicating with both ends of the pressure chamber of the actuator;
The electrode layer is composed of an electrodeposited resist film formed on the electrode layer, and is arranged in openings communicating with the common chamber on both sides of the pressure chamber of the actuator, and openings communicating with the common chamber of the pressure chambers. a constricted part that blocks a part;
A side shooter type liquid ejection head.
第１方向に並んで配列され前記圧力室に連通する複数の前記ノズルを有するノズルプレートと、
前記アクチュエータが配置されるベースと、を備え、
前記溝の底部側の面が前記ベースに接合され、
前記圧力室はそれぞれ前記第１方向と交差する第２方向に延出し、
前記ノズルが前記圧力室の前記第２方向における中途部に対応する位置に配置される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 A plurality of the pressure chambers and the dummy chambers are arranged along the first direction,
a nozzle plate having a plurality of said nozzles arranged side by side in a first direction and communicating with said pressure chambers;
a base on which the actuator is arranged;
a surface on the bottom side of the groove is joined to the base;
each of the pressure chambers extends in a second direction that intersects with the first direction;
2. The liquid ejection head according to claim 1, wherein said nozzle is arranged at a position corresponding to an intermediate portion of said pressure chamber in said second direction.
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