JP2007168096A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】小型に形成できるとともに、各ノズルにインクを均一に送ることが可能なインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】本発明のインクジェットヘッド１１は、ヘッドベース１２、複数のノズル１３、複数の圧力室２３、複数の駆動素子２２、複数の回収口３２、および複数の配線３３を具備する。複数の圧力室２３は、複数のノズル１３にそれぞれ面して設けられる。複数の駆動素子２２は、ノズル１３からインクを吐出させる。複数の供給口３１は、複数の圧力室２３に対して１対１で対応するようにヘッドベース１２に設けられる。複数の配線３３は、複数の駆動素子２２にそれぞれ接続するとともにヘッドベース１２に沿って配置され、複数の供給口３１相互間を１組ずつ通過する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のノズルからインクを吐出させることが可能なインクジェットヘッドに関する。

例えばインクジェットヘッドとして、ヘッド内の流路でインクが循環するタイプのものが知られている。このインクジェットヘッドは、ヘッドベースの一端に設けられた数個の供給口と、ヘッドベースの他端に設けられた数個の回収口と、供給口と回収口との間に設けられる多数のノズルと、ノズルの近傍に設けられノズルからインクを吐出させる圧電素子と、圧電素子を駆動するドライバＩＣと、ドライバＩＣと圧電素子とを接続する配線とを備えている。配線は、ヘッドベースに沿って圧電素子から延びるとともに、供給口を避けてドライバＩＣにまで至っている。

このインクジェットヘッドでは、供給口から流入したインクは、多数のノズルに供給され、圧電素子の駆動によりノズルからインク滴として吐出される。ノズルで使用されなかったインクは、回収口において回収される。このように、インクを供給口から回収口まで循環させることにより、ノズルに気泡やインク塊が詰まってしまうことを防いでいる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１１３８６１号公報

従来のインクジェットヘッドでは、１個のインク供給口から多数のノズルにインクが供給されるため、供給口から近いノズルと供給口から遠いノズルとの間でインクの供給量に差が生じ、各ノズルに対して均一にインクを送ることができないという問題がある。また、供給口を避けるために延びた配線が供給口同士の間に集中するため、供給口同士の間に所定のスペースを設ける必要がありインクジェットヘッドが幅方向に大型化してしまう問題がある。

本発明の目的は、小型に形成できるとともに、各ノズルにインクを均一に送ることが可能なインクジェットヘッドを提供することにある。

本発明のインクジェットヘッドは、ヘッドベースと、前記ヘッドベースに隣接して設けられ、内部にインクを貯留可能な複数の圧力室と、前記複数の圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルと、前記複数の圧力室にそれぞれ設けられ、前記ノズルから前記インクを吐出させる複数の駆動素子と、前記ヘッドベースに設けられ、前記複数の圧力室に対してそれぞれ対応するとともに、前記複数の圧力室に前記インクを供給する複数の供給口と、前記ヘッドベースに設けられ前記複数の圧力室から前記インクを回収する複数の回収口と、前記ヘッドベースに沿って配置され、前記複数の駆動素子にそれぞれ接続されるとともに、前記複数の供給口相互間を１組ずつ通過する前記駆動素子制御用の複数の配線と、を具備する。

本発明の他の形態に係るインクジェットヘッドは、ヘッドベースと、前記ヘッドベースに隣接して設けられ、内部にインクを貯留可能な複数の圧力室と、前記複数の圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルと、前記複数の圧力室にそれぞれ設けられ、前記ノズルから前記インクを吐出させる複数の駆動素子と、前記ヘッドベースに設けられ前記複数の圧力室に前記インクを供給する複数の供給口と、前記ヘッドベースに設けられ、前記複数の圧力室に対してそれぞれ対応するとともに、前記複数の圧力室から前記インクを回収する複数の回収口と、前記ヘッドベースに沿って配置され、前記複数の駆動素子にそれぞれ接続されるとともに、前記複数の回収口相互間を１組ずつ通過する前記駆動素子制御用の複数の配線と、を具備する。

本発明によれば、各圧力室に均一にインクを供給することが可能なインクジェットヘッドを提供できる。小型のインクジェットヘッドを提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の第１の実施形態について説明する。
図１と図２は、本発明のインクジェットヘッド１１Ａを示す断面図である。図１および図２に示すように、インクジェットヘッド１１Ａは、絶縁性を有するヘッドベース１２と、ノズル１３を有するノズルプレート１４と、ヘッドベース１２とノズルプレート１４との間に設けられる枠部材１５と、ノズルプレート１４に搭載される駆動回路１６とを備えている。インクジェットヘッド１１Ａの内部で、ヘッドベース１２、ノズルプレート１４、枠部材１５によって囲まれる部分に、共通液室２１が設けられている。共通液室２１の内部は、例えば顔料インク等のインクで満たされている。ノズルプレート１４には、複数のノズル１３が設けられている（図２では、１個のみを示している。）。

インクジェットヘッド１１Ａは、共通液室２１を仕切る複数の駆動素子２２を備えている。共通液室２１の内部で、駆動素子２２によって両側が挟まれた部分は、各ノズル１３に対応する圧力室２３となっている。すなわち、各圧力室２３の両側に、各ノズル１３からインクを吐出させるための駆動素子２２が配置されている。各圧力室２３の内部には、インクが貯留されている。

駆動素子２２は、例えばＰＺＴ系圧電セラミックス材料からなる２個の圧電素子を有している。図２に示すように、駆動素子２２は、台形状をなしており、ノズル１３に近い位置の第１の圧電素子２４と、ノズル１３から遠い位置の第２の圧電素子２５とを有している。第１の圧電素子２４と第２の圧電素子２５とは、分極方向が逆向きになるように接着されている。

ヘッドベース１２は、剛性および絶縁性の観点、また、駆動素子２２である圧電セラミックス材料との熱膨張率をそろえる観点から、セラミックス材料で形成されている。ヘッドベース１２には、共通液室２１にインクを供給するための複数の供給口３１Ａと、共通液室２１からインクを排出するための複数の回収口３２Ａとが設けられている。複数の供給口３１Ａは、複数の圧力室２３に対してそれぞれ１対１で対応している。各供給口３１Ａは、ヘッドベース１２の長手方向と直交する幅方向に関して、各圧力室２３に対して半ピッチずれて設けられている。この場合、１ピッチは、圧力室２３相互間の間隔をいう。

また、複数の回収口３２Ａは、複数の圧力室２３に対してそれぞれ１対１で対応するようになっている。各回収口３２Ａは、ヘッドベース１２の幅方向に関して、各圧力室２３に対して半ピッチずれて設けられている。

インクジェットヘッド１１Ａは、駆動素子２２を制御するための複数の配線３３を備えている。配線３３は、ヘッドベース１２上において駆動素子２２と駆動回路１６とを接続している。配線３３は、駆動素子２２に接続するための電極３４を有している。この電極３４は、ヘッドベース１２上から駆動素子２２の側面にわたって設けられている。電極３４は、無電解メッキによって金属膜を設け、不要部分をレーザ加工で除去して形成されている。このように形成された複数の配線３３と、前記複数の供給口３１Ａとは、幅方向に関して交互に１個ずつ並んでおり、複数の供給口３１Ａの相互間を１本の配線３３が通過している。もっとも、複数の供給口３１Ａの相互間を、数本を１組にした配線３３が通過するようにしてもよい。

図２に示すように、供給口３１Ａから共通液室２１に供給されたインクは、圧力室２３の内部に送られる。圧力室２３において、駆動素子２２によって加圧されたインクは、ノズル１３からインク滴として吐出される。インク滴として使用されなかったインクは、回収口３２Ａから共通液室２１の外部に排出される。

インク滴をノズル１３から吐出させるには、駆動回路１６は配線３３を介して駆動素子２２に駆動電圧を印加する。駆動素子２２の第１の圧電素子２４と第２の圧電素子２５とに電流が流れると、第１の圧電素子２４と第２の圧電素子２５は互いに逆向きに屈曲する。両圧電素子２４、２５の屈曲により、平板状だった駆動素子２２が「Ｌ」字状に変形して、隣接する圧力室２３の容積が小さくなる。圧力室２３が小さくなって圧力室２３内のインクが高圧になると、ノズル１３からインク滴が勢い良く吐出される。

図３と図４を参照して、本発明のインクジェットヘッド１１Ａの製造方法について説明する。図３に示すように、第１の工程では、焼成前のセラミックスである第１のグリーンシート４１、第２のグリーンシート４２、第３のグリーンシート４３をそれぞれ平板状に成形する。第２の工程では、第１のグリーンシート４１には、第２のグリーンシート４２との接触面に、ダイヤモンドカッタ等によって第１の溝部である複数の溝４４を形成する。第３の工程では、第３のグリーンシート４３には、第２のグリーンシート４２との接触面に、ダイヤモンドカッタ等によって第２の溝部である複数の溝４５を形成する。

第４の工程では、第１のグリーンシート４１の複数の溝４４が形成された面４９を接触面にして第２のグリーンシート４２に突き当てる。第３のグリーンシート４３の複数の溝４５が形成された面５０を接触面にして第２のグリーンシート４２に突き当てて、第１から第３のグリーンシート４３を積層する。第５の工程では、積層状態のまま第１から第３の各グリーンシート４３を焼成する。第５の工程により、第１から第３の各グリーンシート４１、４２、４３同士を予め接着させることなく、これらが一体に接合したブロック４６を形成できる。

第６の工程では、このブロック４６を図４に示すようにブロック４６の長手方向Ｌと直交する平面Ｘで切断し、ヘッドベース１２を作成する。この場合、第１のグリーンシート４１の複数の溝４４は、第２のグリーンシート４２の第１の面４７とともに複数の供給口３１Ａを形成する。第３のグリーンシート４３の複数の溝４５は、第２のグリーンシート４２の第２の面４８とともに複数の回収口３２Ａを形成する。このような工程を経て、例えば２５枚から３０枚の大量のヘッドベース１２を作成できる。このヘッドベース１２に対して、枠部材１５とノズルプレート１４とを接着して、インクジェットヘッド１１Ａを形成する。

以上が、本発明のインクジェットヘッド１１Ａの第１の実施形態である。第１の実施形態によれば、複数の供給口３１Ａが複数の圧力室２３に対してそれぞれ対応するように、例えば１対１でヘッドベース１２に設けられる。このため、各供給口３１Ａから各圧力室２３までの距離が一定となって、各圧力室２３に均一にインクを供給することができる。これにより、印刷品質を向上できる。また、複数の供給口３１Ａの相互間を１組ずつ複数の配線３３が通過している。これにより、複数の配線３３が一箇所に集中することがなく、供給口３１Ａ同士の間のスペースを最小にしてインクジェットヘッド１１Ａを幅方向に小さく構成できる。

複数の供給口３１Ａの相互間を１本ずつ複数の配線３３が通過している。これにより、さらに、インクジェットヘッド１１Ａを幅方向に小さくすることができる。

通常、インクジェットヘッド１１Ａを例えばプリンタ装置等に搭載する場合、色違いのインクジェットヘッド１１Ａを複数個、ヘッドベース１２の長手方向と直交する幅方向に並べることが多い。このため、インクジェットヘッド１１Ａを幅方向に小さくできれば、インクジェットヘッド１１Ａ同士の間隔を小さくできる。これにより、インクジェットヘッド１１Ａ間において色ずれ等の印刷不良が生ずるのを防止できる。

複数の供給口３１Ａは、ヘッドベース１２の長手方向と直交する幅方向に関して、複数の圧力室２３に対して半ピッチずれている。このため、複数の配線３３と複数の供給口３１Ａとが干渉することなく、各配線３３を直線的に配置できる。したがって、各配線３３を短くすることができる。

本実施形態のインクジェットヘッド製造方法では、ブロック４６の焼成によって第１から第３のグリーンシート４１、４２、４３同士を接着している。このため、第１から第３のグリーンシート４１、４２、４３同士を予め加圧によって一体化する必要がなく、簡単にインクジェットヘッド１１Ａを製造できる。本実施形態では、焼成前のセラミックスである第１、第３のグリーンシート４１、４３に対して溝４４、４５を形成している。このため、柔らかい第１、第３のグリーンシート４１、４３に対して溝４４、４５を形成でき、加工が容易となってヘッドベース１２を安価に製造できる。本実施形態の駆動素子２２は、第１の圧電素子２４と第２の圧電素子２５とで形成されている。このため、インクに気泡等を生ずることなく、精度よくインク滴を吐出させることができる。

なお本実施形態において、駆動素子２２が圧電素子で構成されているが、駆動素子２２をインク内に吐出駆動用の気泡を発生させる発熱素子で構成しても良い。駆動素子２２を発熱素子で構成すれば、駆動素子２２を簡単に構成できる。また、本実施形態のインクジェットヘッド１１Ａは、第２の実施形態で説明する製造方法によっても製造することができる。

本実施形態では、第１のグリーンシート４１に第１の溝部である複数の溝４４を形成しているが、第２のグリーンシート４２に複数の溝４４を形成しても良い。また、第１のグリーンシート４１と第２のグリーンシート４２との両側に第１の溝部である複数の溝４４を形成し、これによって、供給口３１Ａを形成しても良い。

同様に、第３のグリーンシート４３に第２の溝部である複数の溝４５を形成しているが、第２のグリーンシート４２に複数の溝４５を形成しても良い。また、第３のグリーンシート４３と第２のグリーンシート４２との両側に第２の溝部である複数の溝４５を形成し、回収口３２Ａを形成しても良い。

続いて、図５と図６を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態のインクジェットヘッド１１Ｂは、第１の実施形態のインクジェットヘッド１１Ａと形態が同じであるが、製造方法が異なっている。このため、第２の実施形態では、インクジェットヘッド１１Ｂの製造方法において、第１の実施形態と異なる部分について説明する。

図５に示すように、第２の実施形態のインクジェットヘッド製造方法では、第１の工程で、それぞれ平板状に成形された第１のグリーンシート、第２のグリーンシート、および第３のグリーンシートを予め焼成し、第１のセラミックスシート５１、第２のセラミックスシート５２、および第３のセラミックスシート５３をそれぞれ作成しておく。第２の工程で、第１のセラミックスシート５１には、ダイヤモンドカッタ等によって第１の溝部である複数の溝５４を形成する。第３のセラミックスシート５３には、ダイヤモンドカッタ等によって第２の溝部である複数の溝５５を形成する。

第３の工程では、例えば、接着剤等を用いて、第１のセラミックスシート５１の複数の溝５４が形成された面５９を接触面として、第１のセラミックスシート５１を第２のセラミックスシート５２に接着する。第２のセラミックスシート５２の複数の溝５５が形成された面６０を接触面として、第３のセラミックスシート５３を第２のセラミックスシート５２に接着する。この接着によって、第１から第３のセラミックスシート５３を積層する。この第３の工程によって、これらが一体に接合したブロック５６を形成できる。

この場合、第１のセラミックスシート５１の複数の溝５４は、第２のセラミックスシート５２の第１の面５７とともに複数の供給口３１Ｂを形成する。第３のセラミックスシート５３の複数の溝５５は、第２のセラミックスシート５２の第２の面５８とともに複数の回収口３２Ｂを形成する。第４の工程で、このブロック５６を図６に示すようにブロック５６の長手方向Ｌと直交する平面Ｘで、ブロック５６を所定厚さ毎に切断しヘッドベース１２を作成する。

以上が、本発明のインクジェットヘッド１１Ｂの製造方法の第２の実施形態である。第２の実施形態によれば、予め焼成した第１から第３のセラミックス５１、５２、５３を積層してヘッドベース１２を作成するようにしていることから、焼成によってヘッドベース１２が収縮してしまうことがない。このため、インクジェットヘッド１１Ｂの精度管理を容易に行うことができる。

図７と図８を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態のインクジェットヘッド１１Ｃにおいて、第１の実施形態のインクジェットヘッド１１Ａと共通の箇所には第１の実施形態と共通の符号を付して説明を省略する。

図７と図８に示すように、第３の実施形態のインクジェットヘッド１１Ｃは、ノズル列を２列備えている。インクジェットヘッド１１Ｃは、共通液室２１を仕切る複数の駆動素子２２と、駆動素子２２を制御するための複数の配線３３とを備えている。配線３３は、駆動素子２２と駆動回路１６とを接続するように、ヘッドベース１２に沿って配置している。インクジェットヘッド１１Ｃのヘッドベース１２は、中央部に設けられた長穴形状の供給口３１Ｃと、ヘッドベース１２の長手方向両端部で共通液室２１に面するように設けられた複数の回収口３２Ｃとを備えている。複数の回収口３２Ｃは、複数の圧力室２３に対してそれぞれ１対１で対応するようにヘッドベース１２に設けられている。

複数の回収口３２Ｃは、複数の圧力室２３に対して半ピッチずれて配置している。複数の回収口３２Ｃと複数の配線３３とは、ヘッドベース１２の長手方向に直交する幅方向に関して、交互に１個ずつ並んでおり、回収口３２Ｃ相互間を１本の配線３３が通過している。もっとも、複数の回収口３２Ｃの相互間を、数本を１組にした配線３３が通過するようにしてもよい。

本実施形態のインクジェットヘッド１１Ｃは、第１の実施形態で説明した製造方法でも、第２の実施形態で説明した製造方法でも製造することができる。

第３の実施形態によれば、複数の回収口３２Ｃが複数の圧力室２３に対して１対１で対応している。このため、各圧力室２３からのインクの排出が滑らかとなり、各圧力室２３に均一にインクを供給することができる。また、回収口３２Ｃ相互間を１本の配線３３が通過している。このため、回収口３２Ｃ同士の間のスペースを最小にすることができ、インクジェットヘッド１１Ｃを幅方向に小さくできる。

なお、第３の実施形態では、２列のノズル列が、幅方向において同ピッチで配置しているが、両ノズル列が幅方向において半ピッチずれて配置するようにしてもよい。このようにすれば、インクジェットヘッド１１Ｃの解像度を２倍にすることができる。

また、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。このほか、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドを図２におけるＢ−Ｂ線の位置で切断して示す断面図。 図１に示されたインクジェットヘッドをＡ−Ａ線の位置で切断した断面図。 図１に示されたインクジェットヘッドの製造工程を示す斜視図。 図３に示されたインクジェットヘッドの製造工程の次の工程を示す斜視図。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す斜視図。 図５に示されたインクジェットヘッドの製造工程の次の工程を示す斜視図。 本発明の第３の実施形態に係るインクジェットヘッドを図８におけるＤ−Ｄ線の位置で切断して示す断面図。 図７に示されたインクジェットヘッドをＣ−Ｃ線の位置で切断した断面図。

符号の説明

１１Ａ〜１１Ｃ…インクジェットヘッド、１２…ヘッドベース、１３…ノズル、２２…駆動素子、２３…圧力室、２４…第１の圧電素子、２５…第２の圧電素子、３１Ａ〜３１Ｃ…供給口、３２Ａ〜３２Ｃ…回収口、３３…配線、４１…第１のグリーンシート、４２…第２のグリーンシート、４３…第３のグリーンシート、４４、４５…溝、４６…ブロック、５１…第１のセラミックスシート、５２…第２のセラミックスシート、５３…第３のセラミックスシート、５４、５５…溝、５６…ブロック、Ｌ…長手方向、Ｘ…平面

Claims (8)

1. ヘッドベースと、
   前記ヘッドベースに隣接して設けられ、内部にインクを貯留可能な複数の圧力室と、
   前記複数の圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルと、
   前記複数の圧力室にそれぞれ設けられ、前記ノズルから前記インクを吐出させる複数の駆動素子と、
   前記ヘッドベースに設けられ、前記複数の圧力室に対してそれぞれ対応するとともに、前記複数の圧力室に前記インクを供給する複数の供給口と、
   前記ヘッドベースに設けられ前記複数の圧力室から前記インクを回収する複数の回収口と、
   前記ヘッドベースに沿って配置され、前記複数の駆動素子にそれぞれ接続されるとともに、前記複数の供給口相互間を１組ずつ通過する前記駆動素子制御用の複数の配線と、
   を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記複数の配線は、前記複数の供給口相互間を１本ずつ通過することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記複数の供給口は、前記複数の圧力室に対してそれぞれ半ピッチずれて配置することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
4. ヘッドベースと、
   前記ヘッドベースに隣接して設けられ、内部にインクを貯留可能な複数の圧力室と、
   前記複数の圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルと、
   前記複数の圧力室にそれぞれ設けられ、前記ノズルから前記インクを吐出させる複数の駆動素子と、
   前記ヘッドベースに設けられ前記複数の圧力室に前記インクを供給する複数の供給口と、
   前記ヘッドベースに設けられ、前記複数の圧力室に対してそれぞれ対応するとともに、前記複数の圧力室から前記インクを回収する複数の回収口と、
   前記ヘッドベースに沿って配置され、前記複数の駆動素子にそれぞれ接続されるとともに、前記複数の回収口相互間を１組ずつ通過する前記駆動素子制御用の複数の配線と、
   を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
5. 前記複数の配線は、前記複数の回収口相互間を１本ずつ通過することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記複数の回収口は、前記複数の圧力室に対してそれぞれ半ピッチずれて配置することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記駆動素子は、圧電素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
8. 前記駆動素子は、前記インク内に吐出駆動用の気泡を発生させる発熱素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。

Images