JP7028178B2 - インクジェットヘッドおよびその製造方法と、インクジェットプリンタ - Google Patents
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Description
図1は、インクジェットプリンタの概略の構成を示す斜視図である。インクジェットプリンタ100は、プラテン101、搬送ローラ102、ラインヘッド103・104・105・106、およびインクの循環機構107(図7参照)等を備えている。なお、循環機構107の詳細については後述する。
図2は、インクジェットヘッド1の分解斜視図であり、図3は、図2中の(III)-(III)線に沿う部分で切断したインクジェットヘッド1の断面図である。インクジェットヘッド1は、ヘッドチップ2(ヘッド基板)、保持板3、接続部材4およびインク流路部材5等を備えている。
図4は、ヘッドチップ2の平面図である。なお、図4では、便宜上、ヘッドチップ2内部の構成については破線で示している。また、共通供給流路25から各連通孔221までのインク流路については、網目のハッチングを付している。
ノズルプレート21は、ヘッドチップ2の最下層に位置した基板であり、例えば、ノズル層21a、結合層21b、ノズル支持層21cの3層から構成されるSOI(Silicon on Insulator)ウェハからなる。
中間プレート22は、厚さが例えば100~300μm程度のガラス基板からなり、ノズルプレート21の連通部212に対応する位置に連通孔221を有している。連通孔221は、中間プレート22を厚み方向に貫通して、圧力室231と連通部212とを連通するように形成されており、インクの吐出時のインク流路となる。連通孔221の径を流路方向の途中で絞るなど、連通孔221においてインクの流路の形状を調整することにより、インクの吐出において、インクに加えられる運動エネルギーを調整することができる。また、中間プレート22には、ノズル支持層21cに形成された複数の循環流路部213から流れてきたインクが合流する共通循環流路26が設けられている。
ボディプレート23は、圧力室層23aと、振動層23bから構成されている。圧力室層23aは、厚さが例えば100~300μm程度のSi基板からなる。この圧力室層23aには、中間プレート22の連通孔221に連通し、平面視で略円形状である複数の圧力室231と、複数の圧力室231に対して共通にインクを供給するための共通供給流路25と、共通供給流路25と各圧力室231とを個別に連通し、共通供給流路25内のインクを圧力室231に供給するためのインレット232とが形成されている。インレット232は、圧力室231よりも流路が狭いくびれ部を有しており、圧力室231に加えられた圧力が、インレット232側から逃げ難くなっている。なお、くびれ部は、圧力室231よりも狭い流路であればよく、形状は適宜変更可能である。
図2および図3に示すように、保持板3は、ヘッドチップ2の上面に接着剤で接合されており、厚みが例えば0.5~3.0mm程度のSi基板またはガラス基板で構成されている。保持板3にSi基板またはガラス基板を用いることで、ヘッドチップ2を構成する基板と線膨張率が近づくため、接着剤として熱硬化性接着剤等を用い、加熱を伴う接合方法を用いた場合でも、保持板3とヘッドチップ2との間の反りは抑制される。
インク流路部材5は、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド樹脂)等の合成樹脂によって、下面が開口する箱状形状に形成されており、保持板3上面の左右方向の両端部に1つずつ配置されている。
次に、インクの循環機構107について説明する。図7は、循環機構107の構成を模式的に示す説明図である。循環機構107は、供給用サブタンク62、循環用サブタンク63、インク流路72・73・74およびポンプ81・82を有している。
本実施形態で用いる圧電素子としては、インクをノズルから吐出することができるものであれば特に限定されない。以下、圧電素子の一例である圧電素子24の詳細について説明する。
次に、上述したノズルプレート21の各部の詳細について説明する。図9Aは、ノズルプレート21の一構成例を示す平面図であり、図9Bは、図9AにおけるA-A’線矢視断面図である。ノズルプレート21に形成される連通部212は、4つのテーパー壁212aを有しており、4つのテーパー壁212aによって規定される連通部212の外形は、四角錐(ここでは正四角錐、方錐)の側面によって規定される形状と略等しくなっている。つまり、4つのテーパー壁212aは、四角錐の4つの側面(頂点と対向する底面を除く面)にそれぞれ対応している。そして、連通部212における四角錐の頂点に相当する部分にノズル211が位置し、連通部212とノズル211とが連通している。なお、連通部212において、四角錐の底面に相当する部分は、ここでは連通孔221(図5参照)から連通部212に向けてインクが流れ込むときに通過する開口部である。
以上では、テーパー壁212aによって規定される連通部212の外形が、四角錐のうちで特に正四角錐の側面によって規定される形状と略等しい場合について説明したが、連通部212はそのような形状に限定されるわけではない。
図12および図14で示したように、テーパー壁212aによって規定される連通部212の外形が、X方向の幅がY方向よりも相対的に大きくなるような、底面が横長の四角錐または楕円錐の側面によって規定される形状と略等しい場合、循環流路部213は、連通部212の外形が横長となるX方向の一端側でテーパー壁212aを貫通するようにノズルプレート21に設けられて、連通部212と連通していてもよい。この場合、Y方向において、ノズル211の形成ピッチを狭くすることができるため、小型で高精細なインク吐出を行うことが可能なインクジェットヘッド1を実現することができる。
以上では、圧電体の伸縮による振動板の撓み変形を利用するベンドモード型のアクチュエータを備えたインクジェットヘッド1について説明したが、上述した本実施形態のノズルプレート21の構成は、シェアモード型のアクチュエータを備えたインクジェットヘッドにも適用することができる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
α<β
であることが望ましい。
であることが望ましい。
21 ノズルプレート
23 ボディプレート(アクチュータ)
24 圧電素子(アクチュエータ)
27 圧力室プレート(アクチュエータ)
100 インクジェットプリンタ
211 ノズル
211a ストレートノズル
211b テーパーノズル
211b1 側面
212 連通部
212a テーパー壁
212b 連結部
213 循環流路部
213a 折り曲げ部(流路変更部)
213c 流路変更部
231 圧力室
Claims (16)
- インクを収容する圧力室を有し、前記圧力室の体積を変化させるアクチュエータと、
前記圧力室と連通する連通部と、前記連通部と連通し、前記アクチュエータによる前記圧力室の体積変化によって、前記圧力室から前記連通部を介して流れ込むインクを外部に吐出するノズルと、未吐出のインクを循環させるための循環流路部とを有するノズルプレートとを備え、
前記連通部は、前記ノズルの側面とつながる少なくとも1つのテーパー壁を有しており、
前記テーパー壁は、前記圧力室側から前記ノズル側に向かうにつれて前記連通部の開口面積が小さくなるように、前記ノズルプレートの厚さ方向に垂直な面に対して傾斜しており、
前記循環流路部は、前記少なくとも1つのテーパー壁を貫通するように前記ノズルプレートに設けられて、前記連通部と連通し、
前記テーパー壁によって規定される前記連通部の外形は、四角錐、円錐、楕円錐のいず れかの側面によって規定される形状と略等しく、
前記連通部において、前記四角錐、前記円錐、前記楕円錐のいずれかの底面に相当する 部分は、前記圧力室から前記連通部に向けて流れ込むインクが通過する開口部であり、
前記アクチュエータは、圧電体の分極方向と直交する方向に電界を加えて発生する前記 圧電体のせん断変形により、前記圧力室の体積を変化させるシェアモード型である、インクジェットヘッド。 - インクを収容する圧力室を有し、前記圧力室の体積を変化させるアクチュエータと、
前記圧力室と連通する連通部と、前記連通部と連通し、前記アクチュエータによる前記 圧力室の体積変化によって、前記圧力室から前記連通部を介して流れ込むインクを外部に 吐出するノズルと、未吐出のインクを循環させるための循環流路部とを有するノズルプレ ートとを備え、
前記連通部は、前記ノズルの側面とつながる少なくとも1つのテーパー壁を有しており 、
前記テーパー壁は、前記圧力室側から前記ノズル側に向かうにつれて前記連通部の開口 面積が小さくなるように、前記ノズルプレートの厚さ方向に垂直な面に対して傾斜してお り、
前記循環流路部は、前記少なくとも1つのテーパー壁を貫通するように前記ノズルプレ ートに設けられて、前記連通部と連通し、
前記テーパー壁によって規定される前記連通部の外形は、四角錐の側面によって規定さ れる形状と略等しく、
前記循環流路部は、隣り合う2つの前記テーパー壁の連結部を貫通するように前記ノズ ルプレートに設けられて、前記連通部と連通し、
前記連通部において、前記四角錐の底面に相当する部分は、前記圧力室から前記連通部 に向けて流れ込むインクが通過する開口部である、インクジェットヘッド。 - インクを収容する圧力室を有し、前記圧力室の体積を変化させるアクチュエータと、
前記圧力室と連通する連通部と、前記連通部と連通し、前記アクチュエータによる前記 圧力室の体積変化によって、前記圧力室から前記連通部を介して流れ込むインクを外部に 吐出するノズルと、未吐出のインクを循環させるための循環流路部とを有するノズルプレ ートとを備え、
前記連通部は、前記ノズルの側面とつながる少なくとも1つのテーパー壁を有しており 、
前記テーパー壁は、前記圧力室側から前記ノズル側に向かうにつれて前記連通部の開口 面積が小さくなるように、前記ノズルプレートの厚さ方向に垂直な面に対して傾斜してお り、
前記循環流路部は、前記少なくとも1つのテーパー壁を貫通するように前記ノズルプレ ートに設けられて、前記連通部と連通し、
前記テーパー壁によって規定される前記連通部の外形は、底面が横長の四角錐または楕 円錐の側面によって規定される形状と略等しく、
前記循環流路部は、前記ノズルプレートの厚さ方向に垂直な面内で互いに垂直な2方向 のうち、前記連通部の外形が横長となる方向の一端側で前記テーパー壁を貫通するように 前記ノズルプレートに設けられて、前記連通部と連通し、
前記連通部において、前記四角錐または前記楕円錐の底面に相当する部分は、前記圧力 室から前記連通部に向けて流れ込むインクが通過する開口部である、インクジェットヘッ ド。 - インクを収容する圧力室を有し、前記圧力室の体積を変化させるアクチュエータと、
前記圧力室と連通する連通部と、前記連通部と連通し、前記アクチュエータによる前記 圧力室の体積変化によって、前記圧力室から前記連通部を介して流れ込むインクを外部に 吐出するノズルと、未吐出のインクを循環させるための循環流路部とを有するノズルプレ ートとを備え、
前記連通部は、前記ノズルの側面とつながる少なくとも1つのテーパー壁を有しており 、
前記テーパー壁は、前記圧力室側から前記ノズル側に向かうにつれて前記連通部の開口 面積が小さくなるように、前記ノズルプレートの厚さ方向に垂直な面に対して傾斜してお り、
前記循環流路部は、前記少なくとも1つのテーパー壁を貫通するように前記ノズルプレ ートに設けられて、前記連通部と連通し、
前記テーパー壁によって規定される前記連通部の外形は、底面が横長の四角錐または楕 円錐の側面によって規定される形状と略等しく、
前記循環流路部は、前記ノズルプレートの厚さ方向に垂直な面内で互いに垂直な2方向 のうち、前記連通部の外形が横長となる方向とは異なる方向の一端側で前記テーパー壁を 貫通するように前記ノズルプレートに設けられて、前記連通部と連通し、
前記連通部において、前記四角錐または前記楕円錐の底面に相当する部分は、前記圧力 室から前記連通部に向けて流れ込むインクが通過する開口部である、インクジェットヘッ ド。 - 前記テーパー壁の、前記ノズルプレートの厚さ方向に垂直な面に対する傾斜角度は、3 0°以上60°以下である、請求項1から4のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
- 前記ノズルは、開口径が一定のストレートノズルである、請求項1から5のいずれかに 記載のインクジェットヘッド。
- 前記ノズルは、前記圧力室側からインクの吐出側に向かうにつれて開口面積が小さくな るように、前記ノズルプレートの厚さ方向に垂直な面に対して側面が傾斜したテーパーノ ズルを含む、請求項1から5のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
- 前記連通部の前記テーパー壁の、前記ノズルプレートの厚さ方向に垂直な面に対する傾 斜角度をα(°)とし、前記テーパーノズルの前記側面の、前記ノズルプレートの厚さ方 向に垂直な面に対する傾斜角度をβ(°)としたとき、
α<β
である、請求項7に記載のインクジェットヘッド。 - β>60°
である、請求項8に記載のインクジェットヘッド。 - 前記ノズルプレートの厚さ方向の沿った前記ノズルの高さは、50μm以下である、請 求項1から9のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
- 前記循環流路部は、前記連通部から流れ込む前記未吐出のインクの流路方向を変える流 路変更部を有している、請求項1から10のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
- 前記アクチュエータは、圧電体に電圧を印加したときの前記圧電体の伸縮によって、前 記圧力室を覆う振動板を振動させることにより、前記圧力室の体積を変化させるベンドモ ード型である、請求項2から4のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
- 前記アクチュエータは、圧電体の分極方向と直交する方向に電界を加えて発生する前記 圧電体のせん断変形により、前記圧力室の体積を変化させるシェアモード型である、請求 項2から4のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
- 請求項1から13のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェッ トヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる、インクジェットプリンタ。
- 請求項1から13のいずれかに記載のインクジェットヘッドを製造するインクジェット ヘッドの製造方法であって、
前記連通部をウェットエッチングで形成する、インクジェットヘッドの製造方法。 - 請求項1から13のいずれかに記載のインクジェットヘッドを製造するインクジェット ヘッドの製造方法であって、
前記循環流路部をウェットエッチングで形成する、インクジェットヘッドの製造方法。
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