JP2005238761A

JP2005238761A - 液体流路部材および液体噴出装置

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Publication number: JP2005238761A
Application number: JP2004054642A
Authority: JP
Inventors: Hisamitsu Sakai; 久満酒井; Takayuki Yamamoto; 隆行山本; Hiroshi Aida; 比呂史会田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】液体流路への余剰の接着剤のはみ出しが抑制され、液体を円滑に流すことができる液体流路部材および液滴噴出装置を提供することである。
【解決手段】複数のプレート１〜６が接着剤層を介して積層接着され、プレート１〜５に設けられた貫通孔１ａ〜５ａおよび貫通孔２ｂ〜４ｂにより内部に液体流路が形成され、この液体流路の内壁面に、余剰の接着剤を保持するための接着剤溜まり部１５，１６，１７が凹設されている液体流路部材１４である。また、この液体流路部材１４と、液体加圧手段７とを備えた液体噴出装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、布、紙、プラスチック、金属、ガラス、セラミックス、シリコンやＧａＡｓ等の半導体用基板等の記録媒体の表面に微小な液滴を噴射して記録を行う印刷ヘッドに好適に使用できる液体流路部材および液体噴出装置に関する。

インクジェット印刷ヘッドは、例えば流路部材に設けられた液体圧力室内の液体を加圧し該液体加圧室から液滴を噴出させて記録媒体に記録するものである。このような流路部材は、貫通孔または溝を各々有する複数のプレートが積層され、内部に液体流路が形成されている。

例えば、インクジェットプリンタに搭載されているインクジェット印刷ヘッドでは、インク室、圧力室、噴出孔等のインク流路（液体流路）を構成するために、一般に、複数のプレートを積層し、これらのプレート同士を接着剤で接着している（例えば、特許文献１）。図８(a)は、従来のインクジェット印刷ヘッドの構成を模式的に示す概略断面図であり、図８(b)はその部分拡大断面図である。図８(a)，(b)に示すように、このインクジェット印刷ヘッドは、噴出孔プレート１２１と、プールプレート１２２と、供給孔プレート１２３と、封止プレート１２４と、圧力室プレート１２５と、振動プレート１２６とを積層した液体流路部材に、アクチュエータ（液体加圧手段）１２７が取り付けられて構成されている。

噴出孔プレート１２１には、インクを噴出させるための液体噴出孔１２８が形成されている。この液体噴出孔１２８は、プールプレート１２２、供給孔プレート１２３および封止プレート１２４にそれぞれ設けられた貫通孔で構成される連通孔１２９を介して、圧力室プレート１２５に設けられた圧力室１３０と連通している。圧力室１３０は、封止プレート１２４に形成された供給連通路１３１と供給孔プレート１２３に形成された供給孔１３２とを介して、プールプレート１２２に形成されたインクプール１３３と接続されている。各プレートは接着剤を用いて積層接着されている。

ところが、各プレートには、液体噴出孔１２８、連通孔１２９等の非常に微小な径の孔や溝が設けられているため、これらの孔が余剰の接着剤によって埋まったり、余剰の接着剤がはみ出した肉盛り１３５ａ、１３５ｂによって流れが阻害され、液体噴出孔１２８から液滴を正常に噴出させることができないという問題があった。

そこで、特許文献１，２には、プレートの接合面に、余剰の接着剤を逃がすための溝部（逃げ溝）を設けた印刷ヘッドが提案されている。しかしながら、印刷ヘッドにおけるプレートの厚みは５０〜１５０μｍ程度と薄いため、特許文献１，２に開示されている手段では、薄いプレートに十分な大きさの逃げ溝を確保することは困難であり、余剰の接着剤が孔を塞ぐのを防止する上で十分ではなかった。

そこで、特許文献３には、貼り合わせる２枚のプレートのうち、薄い方を基準にして接着剤層の厚みが調整された印刷ヘッドが提案されている。この印刷ヘッドによれば、各プレートに設けられた孔や溝内部への接着剤のはみ出しおよびそれに伴う孔の塞がりを防止することができるとされている。

しかしながら、特許文献３に記載されている印刷ヘッドでは、前記と同様に、薄いプレートに十分な大きさの逃げ溝を確保することが困難であることには変わりがないため、余剰の接着剤が液体流路にはみ出して液体流路を塞いで液体の噴出を妨げるという問題がある。また、液体流路を完全に塞がない場合でも、余剰の接着剤が内壁から液体流路内にはみ出して（例えば、特許文献３の図２参照）、このはみ出した接着剤が液体の進行を阻害し、印刷品質が低下して不良品が増加するという問題がある。
特開平５−３３００６７号公報特開２００２−２４０２７２号公報特開２０００−１６８０７８号公報

本発明の課題は、液体流路への余剰の接着剤のはみ出しが抑制され、液体を円滑に流すことができる液体流路部材および液滴噴出装置を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の液体流路部材および液体噴出装置は、以下の構成からなる。
(1) 複数のプレートが接着剤層を介して積層接着され、内部に液体流路が形成された液体流路部材であって、前記液体流路の内壁面には、余剰の接着剤を保持するための接着剤溜まり部が凹設されていることを特徴とする液体流路部材。
(2) 前記接着剤溜まり部が、前記液体流路を形成するためのプレートの貫通孔または溝の内壁面と、該プレートの接着面とが交わる角部に形成された切欠き部により形成されている(1)記載の液体流路部材。
(3) 前記接着剤溜まり部の断面が略Ｖ字形状ないし略Ｕ字形状である(1)または(2)記載の液体流路部材。
(4) 前記(1)〜(3)のいずれかに記載の液体流路部材と、液体加圧手段とを備え、前記液体流路部材には前記液体流路と連通した液体噴出孔が設けられていることを特徴とする液体噴出装置。
(5) 前記液体噴出孔が複数設けられ、前記液体加圧手段により各液体噴出孔から独立して液滴が噴出される(4)記載の液体噴出装置。
(6) インクジェット印刷ヘッドである(5)記載の液体吐出装置。

前記(1)〜(3)記載の液体流路部材によれば、プレートの接合面からはみ出した余剰の接着剤を液体流路の内壁面に凹設された接着剤溜まり部で保持することができるので、余剰の接着剤が液体流路の内壁から液体流路内にはみ出して液体の流れが阻害されるのを抑制することができる。これにより、液体流路内において液体の円滑な流れを達成することができる。

前記(4)記載の液体噴出装置によれば、上記のような液体流路部材を備えているので、液体流路内において液体の円滑な流れを達成し、液体噴出孔からばらつきの少ない安定した液滴を噴出させることができる。

前記(5)記載の液体噴出装置によれば、液体噴出孔が複数設けられ、液体加圧手段により各噴出孔から独立して液滴が噴出されるように構成されているので、例えば前記(6)のようにインクジェット方式の印刷機に適用した場合には、精細で美しい画像を得ることができる。

本発明の液体流路部材および液体噴出装置について、これらをインクジェット印刷ヘッドに適用した場合を例に挙げて、図面を参照し詳細に説明する。図１(a)は、本発明の一実施形態にかかる液体流路部材の構造を模式的に示す概略断面図であり、図１(b)は図１(a)の一点鎖線で囲まれた部分を拡大した部分拡大断面図である。

図１(a)，(b)に示すように、本実施形態にかかる液体流路部材１４は、噴出孔プレート１と、プールプレート２と、供給孔プレート３と、封止プレート４と、圧力室プレート５と、振動プレート６とを積層したものである。

噴出孔プレート１には、液体を噴出させるための液体噴出孔１ａが形成されている。この液体噴出孔１ａは、プールプレート２、供給孔プレート３および封止プレート４にそれぞれ設けられた貫通孔２ａ，３ａ，４ａで構成される連通孔９を介して、圧力室プレート５に設けられた貫通孔５ａにより形成された圧力室１０と連通している。圧力室１０は、封止プレート４に設けられた貫通孔４ｂにより形成された供給連通路１１と、供給孔プレート３に形成された供給孔３ｂとを介して、プールプレート２に設けられた貫通孔２ｂにより形成されたプール１３に接続されている。プール１３には、インクジェット印刷用のインクが収容されている。このインクは、外部に設けられたインクタンク（不図示）から液体プール１３内に供給される。

上記のように、各プレートに液体噴出孔１ａ、貫通孔２ａ〜５ａ、貫通孔２ｂ〜４ｂなどの貫通孔が形成されていることにより、液体流路部材１４の内部には、液体プール１３から供給孔３ｂ、供給連通路１１、圧力室１０、連通孔９、液体噴出孔１ａに至るまでの液体流路が形成されている。なお、図１(a)に示す液体流路部材１４では、圧力室１０が３枚のプレート（すなわち、封止プレート４、貫通孔５ａを設けた圧力室プレート５および振動プレート６）を積層して形成されているが、例えば１枚のプレートに貫通孔を設けることにより圧力室を形成したり、溝を設けたプレートに別のプレートを積層することにより圧力室を形成することもできる。

液体流路部材１４は、プレート６および貫通孔が設けられた噴出孔プレート１〜５が接着剤層を介して積層接着されたものであり、余剰の接着剤を保持するための接着剤溜まり部が液体流路の壁面に凹設されていることに特徴がある。例えば、図１(b)に示すように、液体流路の一部である連通孔９の内壁面には、断面が略Ｖ字形状の接着剤溜まり部１５，１６が凹設されている。また、液体流路の一部である圧力室１０の内壁面には、断面が略Ｕ字形状の接着剤溜まり部１７が凹設されている。

接着剤溜まり部１５は、貫通孔２ａの内壁面とプールプレート２の接着面とが交わる角部に設けられた切欠き部２ｃと、貫通孔３ａの内壁面と供給孔プレート３の接着面とが交わる角部に設けられた切欠き部３ｃとにより形成されている。同様に、接着剤溜まり部１６は、貫通孔３ａの内壁面と供給孔プレート３の接着面とが交わる角部に設けられた切欠き部３ｃと、貫通孔４ａの内壁面と封止プレート４の接着面とが交わる角部に設けられた切欠き部４ｃとにより形成されている。また、接着剤溜まり部１７は、貫通孔５ａの内壁面と圧力室プレート５の接着面とが交わる角部に設けられた切欠き部５ｃにより形成されている。

これらの接着剤溜まり部１５，１６，１７は、各プレートに接着剤を塗布し互いに貼り合わせて積層接着する際に、積層時の圧力で貫通孔２ａ，３ａ，４ａの内壁面側に押し出されてきた余剰の接着剤を保持することができるので、液体流路の内壁面に余剰の接着剤からなる肉盛りが形成されるのを抑制し、液体流路内において液体の流れが阻害されるのを防止することができる。

以下、プレートを積層接着する方法について、プールプレート２と供給孔プレート３の積層接着を例に挙げて具体的に説明する。図２(a)はプールプレート２と供給孔プレート３を接合する直前の状態を示す概略断面図であり、図２(b)はプールプレート２と供給孔プレート３を接合した後の状態を示す概略断面図であり、図２(c)はその接着剤溜まり部付近を拡大した拡大断面図である。

まず、図２(a)に示すように、貫通孔２ａ，３ａがそれぞれ設けられたプールプレート２および供給孔プレート３の角部をエッチング処理加工、切削加工などにより切欠き部２ｃ，３ｃを形成する。このとき、切欠き部２ｃ，３ｃは、前記角部の一部に形成するだけでもよいが、好ましくは角部全てに形成するのがよい。ついで、一方または両方のプレート（図２(a)では供給孔プレート３）の表面に、プールプレート２，供給孔プレート３の接着面の面積および接着剤溜まり部の容積に応じて調整した所定量の接着剤２７をスクリーン印刷等の公知の手段により塗布する。

次に、これらのプールプレート２，供給孔プレート３を所定の圧力をかけて貼り合わせる。このとき、図２(b)，(c)に示すように、貼り合わせ時の圧力で接着剤２７が貫通孔２ａ，３ａ側に押し出され、余剰の接着剤２７が切欠き部２ｃ，３ｃにより形成された接着剤溜まり部１５に充填（保持）される。保持された接着剤２７の表面は、通常、図２(c)に示すようになだらかな曲面（メニスカス）を形成するため、貫通孔２ａ、３ａの内壁面との凹凸が小さくなる。

接着剤溜まり部の断面形状は、特に限定されるものではないが、図２(a)〜(c)に示すような略Ｖ字形状であるのが好ましい。このような形状では、余剰の接着剤を保持するのに十分な接着剤溜まり部の容積を確保しやすい。また、角部をこのような形状に加工するのは容易であるので、エッチング処理加工、切削加工などの簡単な手段でかつ短時間で製造することができ、低コスト化に寄与できる。また、接着剤溜まり部の断面形状は、図３に示すような略Ｖ字形状であってもよい。この接着剤溜まり部１５’は、切欠き部２ｃ’，３ｃ’が平面状ではなく曲面状である。

また、略Ｖ字形状の場合と同様に接着剤保持機能が優れ、低コスト化が容易であるという理由により、接着剤溜まり部の断面形状は、略Ｕ字形状であってもよい。図４は、略Ｕ字形状の接着剤溜まり部１５ｅ付近を示す拡大断面図である。この場合、一方の供給孔プレート３における角部に切欠き部３ｅを形成し、他方のプールプレート２と積層接着することで接着剤溜まり部１５ｅを形成することができる。なお、余剰の接着剤の量が多い場合には、他方のプールプレート２における角部にも切欠き部（図示せず）を設けて接着剤溜まり部の容積を大きくするのがよい。また、他方のプールプレート２における角部にのみ切欠き部（図示せず）を設けてもよい。

図５(a)，(b)や図６(a)，(b)に示すように、液体流路の内壁面に接着剤溜まり部を設けるだけでなく、さらにプレートの表面（接着面）にも余剰の接着剤を保持する逃げ溝が設けられていてもよい。図５(a)に示す形態では、プールプレート２の貫通孔２ａにおける角部には切欠き部２ｃが形成され、供給孔プレート３の貫通孔３ａにおける角部には切欠き部３ｃが形成され、さらにこの切欠き部３ｃの近傍には逃げ溝３ｄが形成されている。これらのプールプレート２，供給孔プレート３を積層接着すると、図５(b)に示すように、余剰の接着剤は、接着剤溜まり部１５と逃げ溝３ｄに充填（保持）される。接着剤溜まり部１５に保持された接着剤２７の表面は、前記したようにメニスカスが形成される。

また、図６(a)に示す形態では、プールプレート２の貫通孔２ａにおける角部には切欠き部２ｆが形成され、さらにこの切欠き部２ｆの近傍には逃げ溝２ｄが形成されており、供給孔プレート３の貫通孔３ａにおける角部には切欠き部３ｆが形成され、さらにこの切欠き部３ｆの近傍には逃げ溝３ｄが形成されている。これらのプールプレート２，供給孔プレート３を積層接着すると、図６(b)に示すように、余剰の接着剤は、接着剤溜まり部１５ｆと逃げ溝２ｄ，３ｄに充填（保持）される。接着剤溜まり部１５ｆに保持された接着剤２７の表面は、前記したようにメニスカスが形成される。

図５，６に示すような形態の場合、供給孔プレート３には、接着剤２７ａが逃げ溝３ｄと貫通孔３ａとの間の接着面に塗布され、接着剤２７ｂが逃げ溝３ｄに対して貫通孔３ａから離隔する側の接着面に塗布される。したがって、プールプレート２，供給孔プレート３を貼り合わせる際に、接着剤２７ｂの余剰分が逃げ溝３ｄに保持されるので、余剰の接着剤が貫通孔２ａに多量に流れ込むのを防止することができる。そして、逃げ溝３ｄと貫通孔３ａとの間の接着面に塗布された接着剤２７ａの余剰分のみが接着剤溜まり部１５（または１５ｆ）に流入するので、接着剤溜まり部の形状やサイズを設計しやすくなり、またメニスカスの位置も制御しやすくなる。また、図６(a)，(b)に示すように、逃げ溝が両方のプレートに形成されていることにより、接着剤２７ｂが貫通孔２ａ，３ａへ流入するのをより効果的に抑制できるとともに、接着剤２７ｂを厚めに塗布することも可能となる。

以上の説明では、プールプレート２と供給孔プレート３を貼り合わせる場合を例に挙げて説明したが、他のプレートの積層接着においても上記と同様に実施すればよい。

インクジェット印刷ヘッドに搭載される液体流路部材を構成するプレートの材料としては、例えばＦｅ−Ｃｒ系またはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系のステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系などの金属、シリコン、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックスなどが挙げられ、特にインクに対する耐食性の優れたＦｅ−Ｃｒ系を使用するのが好ましい。また、これらのプレートを接着する接着剤としては、例えばエポキシ樹脂系接着剤、ＵＶ樹脂系接着剤などが挙げられる。

次に、本発明の一実施形態にかかる液体噴出装置について説明する。図７(a)は本実施形態にかかる液体噴出装置の構造を模式的に示す概略断面図であり、図７(b)は該液体噴出装置の平面図（液体噴出孔側から見た図）であり、図７(c)は該液体噴出装置の底面図（液体加圧手段側から見た図）である。

図７(a)に示すように、本実施形態の液体噴出装置は、上記した液体流路部材１４と、アクチュエータ（液体加圧手段）７とを備えている。液体流路部材１４には、複数の液体流路と、該液体流路のそれぞれに対応した複数の液体噴出孔１ａとを備えている。また、図７(b)，(c)に示すように、液体噴出装置は、液体流路部材１４に設けられた複数の液体噴出孔１ａと、該液体噴出孔１ａのそれぞれに対応した複数のアクチュエータ７とを備えている。これにより、いずれかのアクチュエータ７が変位すると、該アクチュエータ７の直下に位置する圧力室１０が押圧され、この圧力室１０およびこれと連通する連通孔９に存在する液体を加圧して液体噴出孔１ａから液滴を噴出させることができる。

図７(b)，(c)に示すように、例えばアクチュエータ７が変位すると、このアクチュエータ７に対応して設けられた液体噴出孔１ａから液滴が噴出し、別のアクチュエータ７’が変位すると、アクチュエータ７’に対応して設けられた液体噴出孔１ａ’から液滴が噴出する。このように、各液体噴出孔は、個別に制御されており、所望の部位にかつ所望の時間に液滴を噴出させることができる。

以上のように、本発明の液体噴出装置は、上記した液体流路部材を備えているため、液体流路内に大きな肉盛りが形成されるのを防止でき、液滴の進行方向や液滴量がばらつくことなく、均一な液体噴出を実現できる。特に、本発明を印刷ヘッドと印刷ヘッドにインクを供給する機構と印刷ヘッドの液体噴出孔から噴出されるインクを定着される紙、布等の媒体を特定の速度で送り出す機構とを備えたインクジェット方式の印刷機に応用した場合、精彩で美しい印刷状態を得ることができる。また、本発明は、バブルジェット(登録商標）方式、圧電アクチュエータ方式を問わず、全てのインクジェット印刷ヘッドに適応することができる。また、工業用印刷機への応用も期待できる。

(a)は本発明の一実施形態にかかる液体流路部材の構造を模式的に示す概略断面図であり、(b)は(a)の一点鎖線で囲まれた部分を拡大した部分拡大断面図である。 (a)はプレートとプレートを接合する直前の状態を示す概略断面図であり、(b)はこれらのプレートを接合した後の状態を示す概略断面図であり、(c)はその接着剤溜まり部付近を拡大した拡大断面図である。本発明における接着剤溜まり部の他の形態を示す拡大断面図である。本発明における接着剤溜まり部のさらに他の形態を示す拡大断面図である。 (a)はプレートとプレートを接合する直前の状態を示す概略断面図であり、(b)はこれらのプレートを接合した後の接着剤溜まり部付近を拡大した拡大断面図である。 (a)はプレートとプレートを接合する直前の状態を示す概略断面図であり、(b)はこれらのプレートを接合した後の接着剤溜まり部付近を拡大した拡大断面図である。 (a)は本発明の一実施形態にかかる液体噴出装置の構造を模式的に示す概略断面図であり、(b)は該液体噴出装置の平面図（液体噴出孔側から見た図）であり、(c)は該液体噴出装置の底面図（液体加圧手段側から見た図）である。 (a)は従来の液体噴出装置（インクジェット印刷ヘッド）の構造を模式的に示す概略断面図であり、(b)はその一部を拡大した部分拡大断面図である。

符号の説明

１噴出孔プレート
１ａ液体噴出孔
２プールプレート
２ａ，３ａ，４ａ，５ａ貫通孔
２ｂ，３ｂ，４ｂ貫通孔
３供給孔プレート
４封止プレート
５圧力室プレート
６振動プレート
７アクチュエータ（液体加圧手段）
９連通孔
１０圧力室
１１供給連通路
１５，１６，１７接着剤溜まり部
２７接着剤

Claims

複数のプレートが接着剤層を介して積層接着され、内部に液体流路が形成された液体流路部材であって、前記液体流路の内壁面には、余剰の接着剤を保持するための接着剤溜まり部が凹設されていることを特徴とする液体流路部材。
前記接着剤溜まり部が、前記液体流路を形成するためのプレートの貫通孔または溝の内壁面と、該プレートの接着面とが交わる角部に形成された切欠き部により形成されている請求項１記載の液体流路部材。
前記接着剤溜まり部の断面が略Ｖ字形状ないし略Ｕ字形状である請求項１または２記載の液体流路部材。
請求項１〜３のいずれかに記載の液体流路部材と、液体加圧手段とを備え、前記液体流路部材には前記液体流路と連通した液体噴出孔が設けられていることを特徴とする液体噴出装置。
前記液体噴出孔が複数設けられ、前記液体加圧手段により各液体噴出孔から独立して液滴が噴出される請求項４記載の液体噴出装置。
インクジェット印刷ヘッドである請求項５記載の液体吐出装置。