JP2008030317A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】印刷領域全体にわたってノズルを配置するとともに、高解像度を実現できるインクジェットヘッドを得る。
【解決手段】本発明のインクジェットヘッド１１は、基板１２、共通液室１４、枠部材１３、第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３、第１から第３のノズル列３１、３２、３３、を具備する。第１の駆動素子列２１の一部は、第２の駆動素子列２２の一部とオーバラップし、この領域において、第１のノズル列３１と、第２のノズル列３２とが千鳥状に配置する。第２の駆動素子列２２の一部は、第３の駆動素子列２３の一部とオーバラップし、この領域において、第２のノズル列３２と第３のノズル列３３とが千鳥状に配置する。第３の駆動素子列２３の一部は、第１の駆動素子列２１の一部とオーバラップし、この領域において、第３のノズル列３３と第１のノズル列３１とが千鳥状に配置する。
【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット方式のプリンタに用いられるインクジェットヘッドに関する。

例えば、印刷領域全体にわたってノズルを配置したライン式の複合ヘッドがある。この複合ヘッドでは、複数の印字ヘッドと、これら複数の印字ヘッドが搭載される基台とを有している。この複合ヘッドでは、基台状に各印字ヘッドを３列に並べるとともに、各印字ヘッドが千鳥状になるように配置して、印刷領域全体にわたって延びた長い複合ヘッドを構成している（例えば、特許文献１参照）。

この複合ヘッドの製造方法については、上記文献中に開示されていないが、少なくとも隣接する印字ヘッド同士は、連続したノズル列を構成する必要がある。このため、これら印字ヘッド同士は、ノズルピッチと同等のオーダー、すなわち１０μｍ単位で、さらに高精度が必要となる場合は１μｍ単位で、位置合わせを行う必要がある。

一方、印刷領域の全長と同等の長さを有する圧電部材を用いて、ライン式のインクジェットヘッドを１個のインクジェットヘッドで構成することも考えうる。
特開２０００−３４３７１６号公報

上記従来の複合ヘッドでは、各印字ヘッド同士を位置合わせする際に、顕微鏡下で確認しながら作業する必要があり、位置合わせに労力がかかる問題があった。また、各印字ヘッドの位置合わせには、専用の治具を用いる必要があり、コスト高にもつながる問題があった。一方、圧電部材は、機械的な強度が弱く、壊れ易いことが知られている。このため、後者の例のように印刷領域の全長と同じ長さの圧電部材を用いると、ハンドリング性が悪く、量産性においても劣るという問題があった。

本発明の目的は、印刷領域全体にわたってノズルを配置するとともに、高解像度を実現できるインクジェットヘッドを得ることにある。

本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドは、基板と、前記基板に固定された枠部材と、前記枠部材の内側に位置する共通液室と、前記共通液室内に設けられるとともに、主走査方向と直交する方向にそれぞれ延びる第１から第３の駆動素子列と、前記第１の駆動素子列に対応する第１のノズル列と、前記第２の駆動素子列に対応する第２のノズル列と、前記第３の駆動素子列に対応する第３のノズル列と、を具備し、前記第１の駆動素子列の一部は、前記主走査方向と直交する方向において、前記第２の駆動素子列の一部とオーバラップするとともに、このオーバラップした領域において、前記第１のノズル列と、前記第２のノズル列とが千鳥状に配置し、前記第２の駆動素子列の一部は、前記主走査方向と直交する方向において、前記第３の駆動素子列の一部とオーバラップするとともに、このオーバラップした領域において、前記第２のノズル列と、前記第３のノズル列とが千鳥状に配置し、前記第３の駆動素子列の一部は、前記主走査方向と直交する方向において、前記第１の駆動素子列の一部とオーバラップするとともに、このオーバラップした領域において、前記第３のノズル列と、前記第１のノズル列とが千鳥状に配置する。

この場合、前記第１から第３の駆動素子列は、それぞれ複数の駆動素子を含み、前記第１から第３の駆動素子列の前記駆動素子は、前記基板に固定された圧電部材に対して、機械加工を行うことにより形成されることが好ましい。この機械加工は、溝加工であり、前記前記第１から第３の駆動素子列の前記駆動素子は、シェアモード型である。また、前記第１のノズル列と、前記第２のノズル列と、前記第３のノズル列と、が形成されるノズルプレートを具備し、前記第１から第３のノズル列は、複数のノズルを含み、第１から第３のノズル列の前記ノズルは、前記枠部材に固定された状態で前記ノズルプレートに加工することにより形成されるとよい。この場合、前記ノズルは、レーザ加工により形成されることが好ましい。

本発明によれば、第１の駆動素子列は第２の駆動素子列にオーバラップし、第２の駆動素子列は第３の駆動素子列にオーバラップするとともに、第３の駆動素子列は第１の駆動素子列にオーバラップしている。このため、主走査方向と直交する方向において、切れ目のない長尺のインクジェットヘッドを構成できる。また、前記第１のノズル列の前記ノズルと、前記第２のノズル列の前記ノズルとが千鳥状に配置し、前記第２のノズル列の前記ノズルと、前記第３のノズル列の前記ノズルとが千鳥状に配置し、第３のノズル列の前記ノズルと、前記第１のノズル列の前記ノズルとが千鳥状に配置しているため、通常のインクジェットヘッドに対して解像度を２倍にすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１と図２に示すように、インクジェットヘッド１１は、いわゆるシェアモードシェアウォール型のヘッドであり、インク循環式のもので構成されている。インクジェットヘッド１１は、基板１２と、基板１２に固定された枠部材１３と、枠部材１３の内側に位置する共通液室１４と、枠部材１３に固定されるとともに、共通液室１４の一の面をなしているノズルプレート１５と、共通液室１４内に設けられた第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３と、を備えている。基板１２は、例えばセラミックスで構成され、インクの供給口２４および排出口２５を有している。

ノズルプレート１５は、枠部材１３と、第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３とに固定されている。ノズルプレート１５は、第１のノズル列３１と、第２のノズル列３２と、第３のノズル列３３と、を備えている。第１のノズル列３１は、第１の駆動素子列２１に対応している。第２のノズル列３２は、第２の駆動素子列２２に対応している。第３のノズル列３３は、第３の駆動素子列２３に対応している。第１から第３のノズル列３１、３２、３３は、それぞれ複数のノズル３４を含んでいる。

図３と図５に示すように、第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３は、主走査方向Ｄ１において所定の間隔で分離して配置している。第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３は、主走査方向と直交する方向Ｄ２にそれぞれ延びている。第１の駆動素子列２１は、例えば、第１の駆動ブロックＡ１、第２の駆動ブロックＡ２、および第３の駆動ブロックＡ３を有している。第２の駆動素子列２２は、例えば、第１の駆動ブロックＢ１、第２の駆動ブロックＢ２、および第３の駆動ブロックＢ３を有している。第３の駆動素子列２３は、例えば、第１の駆動ブロックＣ１、第２の駆動ブロックＣ２、および第３の駆動ブロックＣ３を有している。もっとも、第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３に含まれる各駆動ブロックＡ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３の数は、３個に限られるものではなく、２個以下であってもよいし、４個以上であってもよい。また、図５に示すように、インクジェットヘッド１１は、第１の駆動ブロックＡ１，Ｂ１，Ｃ１、第２の駆動ブロックＡ２，Ｂ２，Ｃ２、第３の駆動ブロックＡ３，Ｂ３，Ｃ３にそれぞれ接続された電気配線３５を備えている。

図２から図４に示すように、第１の駆動ブロックＡ１、Ｂ１、Ｃ１、第２の駆動ブロックＡ２、Ｂ２、Ｃ２、第３の駆動ブロックＡ３、Ｂ３、Ｃ３は、それぞれＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の圧電部材３６ａ，３６ｂを互いに分極方向が対向するように張り合わせて形成されている。第１の駆動ブロックＡ１、Ｂ１、Ｃ１、第２の駆動ブロックＡ２、Ｂ２、Ｃ２、第３の駆動ブロックＡ３、Ｂ３、Ｃ３は、それぞれ断面台形状をなしている。図４に示すように、第１の駆動ブロックＡ１、Ｂ１、Ｃ１、第２の駆動ブロックＡ２、Ｂ２、Ｃ２、第３の駆動ブロックＡ３、Ｂ３、Ｃ３は、ノズル３４に連なる圧力室３７と、圧力室３７の両側部に設けられる駆動素子である支柱３８と、支柱３８の側面および圧力室３７の底部に設けられる電極４１と、をそれぞれ複数備えている。駆動素子である支柱３８は、シェアモード型の吐出駆動方式を採用している。

図５に示すように、第１の駆動素子列２１の第１の駆動ブロックＡ１の一部は、主走査方向と直交する方向Ｄ２において、第２の駆動素子列２２の第１の駆動ブロックＢ１の一部とオーバラップしている。同様に、第２の駆動素子列２２の第１の駆動ブロックＢ１の一部は、主走査方向と直交する方向Ｄ２において、第３の駆動素子列２３の第１の駆動ブロックＣ１の一部とオーバラップしている。さらに、第３の駆動素子列２３の第１の駆動ブロックＣ１の一部は、主走査方向と直交する方向Ｄ２において、第１の駆動素子列２１の第２の駆動ブロックＡ２の一部とオーバラップしている。

図６に示すように、第１のノズル列３１は、第２、第３の駆動ブロックＡ２、Ａ３に対応する位置に、それぞれ例えば１００個のノズル３４を配置している。第１のノズル列３１は、第１の駆動ブロックＡ１に対応する位置に、例えば５０個のノズル３４を配置している。第２のノズル列３２は、第１から第３の駆動ブロックＢ１〜Ｂ３に対応する位置に、それぞれ例えば１００個のノズル３４を配置している。第３のノズル列３３は、第１、第２の駆動ブロックＣ１、Ｃ２に対応する位置に、それぞれ例えば１００個のノズル３４を配置している。第３のノズル列３３は、第３の駆動ブロックＣ３に対応する位置に、例えば、５０個のノズル３４を配置している。

第１のノズル列３１のノズル３４と、第２のノズル列３２のノズル３４とは、第１の駆動ブロックＡ１と第１の駆動ブロックＢ１とがオーバラップした領域において、千鳥状、すなわち主走査方向と直交する方向Ｄ２において交互に配置している。より具体的には、例えば、第１の駆動ブロックＡ１の上側には、１番、３番、９７番、９９番といった奇数番のノズル３４が一列に並び、第１の駆動ブロックＢ１の上側には、２番、４番、９８番、１００番といった偶数番のノズル３４が一列に並んでいる。これによって、当該オーバラップ領域において、通常のシェアモード型のインクジェットヘッド１１のノズルピッチに比して２倍の解像度を実現している。

第１の駆動ブロックＢ１と第１の駆動ブロックＣ１とがオーバラップした領域において、第２のノズル列３２のノズル３４と、第３のノズル列３３のノズル３４とが千鳥状、すなわち主走査方向と直交する方向Ｄ２において交互に配置している。より具体的には、例えば、第１の駆動ブロックＢ１の上側には、１０２番、１０４番、１９８番、２００番といった偶数番のノズル３４が一列に並び、第１の駆動ブロックＣ１の上側には、１０１番、１０３番、１９９番、２０１番といった奇数番のノズル３４が一列に並んでいる。これによって、当該オーバラップ領域において、２倍の解像度が実現される。

第１の駆動ブロックＣ１と第２の駆動ブロックＡ２とがオーバラップした領域において、第３のノズル列３３のノズル３４と、第１のノズル列３１のノズル３４とが千鳥状、すなわち主走査方向と直交する方向Ｄ２において交互に配置している。この場合も、例えば、第１の駆動ブロックＣ１の上側には、２０１番、２０３番といった奇数番のノズル３４が一列に並び、第２の駆動ブロックＡ２の上側には、２０２番、２０４番といった偶数番のノズル３４が一列に並んでいる。これにより、当該オーバラップ領域で２倍の解像度が実現される。

以下同様に、第２の駆動ブロックＡ２と第２の駆動ブロックＢ２とがオーバラップした領域、第２の駆動ブロックＢ２と第２の駆動ブロックＣ２とがオーバラップした領域、第２の駆動ブロックＣ２と第３の駆動ブロックＡ３とがオーバラップした領域、第３の駆動ブロックＡ３と第３の駆動ブロックＢ３とがオーバラップした領域、および第３の駆動ブロックＢ３と第３の駆動ブロックＣ３とがオーバラップした領域においても、各ノズル３４が千鳥状に並び、高解像度のインクジェットヘッド１１が実現されている。

このインクジェットヘッド１１では、図５に示すように、解像度が２倍になっている領域を使用領域としている。すなわち、本実施形態では、第１の駆動ブロックＢ１の端部から、第３の駆動ブロックＢ３の端部に至る領域を使用領域としている。

ここで、インクジェットヘッド１１の動作について説明する。上記構成のインクジェットヘッド１１をプリンタに搭載して、このプリンタで印刷処理を行うには、プリンタのインクタンクからインクジェットヘッド１１にインクを供給する必要がある。インクの供給は、供給口２４を介して行われ、インクタンクから流出したインクは、供給口２４を経由して圧力室３７内に満たされる。圧力室３７内で使用されなかったインクは、排出口２５によってインクタンクに回収される。

この状態で、ユーザがプリンタに対して印刷を指示すると、プリンタの制御部は、インクジェットヘッド１１に対して印字信号をドライバＩＣに出力する。印刷信号を受けたドライバＩＣは、電気配線３５を介して駆動パルス電圧を支柱３８に印加する。これにより、図４に示すように、左右一対の支柱３８は、シェアモード変形を行って湾曲するように離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室３７のインクを加圧することで、ノズル３４からインク滴が勢い良く吐出される。

本実施形態のインクジェットヘッド１１の製造工程について説明する。図３と図６に示すように、ステップＳ１において、基板１２に対して、第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３に含まれる第１から第３の駆動ブロックＡ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３となる圧電部材３６を例えば接着剤等を用いて接着する。圧電部材３６は、短冊形の板状をなしている。圧電部材３６は、上記した第１から第３の駆動ブロックＡ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３の配置となるように、基板１２に対して接着される。

本実施形態では、後述するように、基板１２に圧電部材３６を接着した後にステップＳ３において圧電部材３６に機械加工を加える。このため、圧電部材３６の接着位置は、それほど厳密ではなく、０．１ｍｍから１ｍｍ程度の誤差は許容される。圧電部材３６は、２枚の圧電部材３６ａ、３６ｂを互いの分極方向が対向するように接着して、予め一体になったものを使用する。

ステップＳ２において、圧電部材３６に対して、面取り加工を行って、図３に示すように、圧電部材３６を断面台形状にする。この面取り加工により、ステップＳ４で行う金属配線形成の際に、傾斜面に形成された金属膜に対してレーザによって配線パターンを形成できる。

ステップＳ３において、圧電部材３６に対して、例えば工作機械により機械加工である溝加工を行って、圧力室３７と、圧力室３７の両側部に位置して駆動素子となる支柱３８とを複数個形成する。溝加工は、例えばダイシングソーによって、圧電部材３６に対して切削加工を施して行われる。溝加工により、圧電部材３６は、第１から第３の駆動ブロックＡ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３として形成される。

ステップＳ４において、基板１２に対して例えば無電解メッキ等を施して、配線用の金属膜を基板１２の上面全体に付着させる。金属膜の形成方法は、無電解メッキ法に限られず、例えばスパッタリング法等その他の薄膜形成方法であっても良い。金属膜に対して、レーザ加工を行って、電気配線３５のパターンを形成する。このとき、電気配線３５は、図５に示すように、基板１２の両側に引き出すよう形成する。特に、第２の駆動素子列２２に含まれる第１から第３の駆動ブロックＢ１〜Ｂ３は、隣接する第１から第３の駆動ブロックＡ１〜Ａ３、Ｃ１〜Ｃ３を迂回して、基板１２の両側に引き出すようにする。

ステップＳ５において、第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３の周囲を囲むように、基板１２に対して枠部材１３を接着する。枠部材１３により、共通液室１４が形成される。ステップＳ６において、ノズルプレート１５を枠部材１３と第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３とに接着する。枠部材１３に接着されたノズルプレート１５に対して、ステップＳ７において、レーザ加工により第１のノズル列３１、第２のノズル列３２、第３のノズル列３３の各ノズル３４を形成する。もっとも、ノズルプレート１５は、予め各ノズル３４が形成されたものを用いても良い。この場合には、枠部材１３に対してノズルプレート１５を位置合わせして、ノズルプレート１５を接着する。

最後に、枠部材１３よりも外側に引き出された電気配線３５に対して、図示しないドライバＩＣと電気的に接続する。電気的な接続は、例えばワイヤボンディング法によって行うようにする。もっとも、電気的な接続方法としてはこれに限定されるものではなく、例えば、ＴＡＢに接続されたドライバＩＣを基板１２に直接実装する方法もとりうる。以上により、インクジェットヘッド１１の製造工程が終了する。

本実施形態によれば、第１の駆動素子列２１は第２の駆動素子列２２にオーバラップし、第２の駆動素子列２２は第３の駆動素子列２３にオーバラップするとともに、第３の駆動素子列２３は第１の駆動素子列２１にオーバラップしている。このため、主走査方向と直交する方向Ｄ２において、切れ目のない長尺のインクジェットヘッド１１を構成できる。また、これらのオーバラップ領域において、第１のノズル列３１のノズル３４と、第２のノズル列３２のノズル３４とが千鳥状に配置し、第２のノズル列３２のノズル３４と、第３のノズル列３３のノズル３４とが千鳥状に配置し、第３のノズル列３３のノズル３４と、第１のノズル列３１のノズル３４とが千鳥状に配置する。このため、通常のシェアモード型インクジェットヘッド１１に比して、解像度が２倍になった高解像度ヘッドを得ることができる。

また、第１から第３の駆動素子列２１、２２、２３に含まれる駆動素子は、基板１２上に設けられた短冊状の圧電部材３６に対して、機械加工を行うことにより形成される。すなわち、駆動素子は、圧電部材３６を基板１２に接着した後に機械加工で形成されるため、圧電部材３６を基板１２に接着する際には、ノズルピッチオーダー、例えば１０μｍ単位や１μｍ単位での位置決めを必要することなく、例えば、０．１ｍｍから１ｍｍ程度の誤差であっても許容することができる。このため、圧電部材３６を接着する際に、圧電部材３６の位置決めに労力を要することなく、製造コストを削減できる。

また、第１から第３のノズル列３１、３２、３３のノズル３４は、枠部材１３に固定されたノズルプレート１５に対してレーザ加工を行うことにより形成される。このため、ノズルプレート１５を枠部材１３に接着する際に、厳密な位置合わせをする必要がない。これにより、ノズルプレート１５の接着に際して、労力を要することがなく、インクジェットヘッド１１の製造効率の向上及び製造コスト削減を図ることができる。また、機械加工時の精度が完成品のインクジェットヘッド１１において維持されているため、高精度なインクジェットヘッド１１を得ることができる。

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。

実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。 図１に示すＦ２−Ｆ２線の位置でインクジェットヘッドを切断して示す断面図。 図２に示すインクジェットヘッドの第１から第３の駆動素子列を示す斜視図。 図１に示すインクジェットヘッドを縦方向に切断して示す断面図。 図１に示すＦ５−Ｆ５線の位置でインクジェットヘッドを切断して示す断面図。 図１に示されるインクジェットヘッドの第１から第３の駆動素子列と、第１から第３のノズル列とを示す上面図。 実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示すフローチャート。

符号の説明

１１…インクジェットヘッド、１２…基板、１３…枠部材、１４…共通液室、１５…ノズルプレート、２１…第１の駆動素子列、２２…第２の駆動素子列、２３…第３の駆動素子列、３１…第１のノズル列、３２…第２のノズル列、３３…第３のノズル列、３４…ノズル、３５…電気配線、３６…圧電部材、３８…支柱、Ｄ１…主走査方向、Ｄ２…主走査方向と直交する方向

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板に固定された枠部材と、
   前記枠部材の内側に位置する共通液室と、
   前記共通液室内に設けられるとともに、主走査方向と直交する方向にそれぞれ延びる第１から第３の駆動素子列と、
   前記第１の駆動素子列に対応する第１のノズル列と、
   前記第２の駆動素子列に対応する第２のノズル列と、
   前記第３の駆動素子列に対応する第３のノズル列と、
   を具備し、
   前記第１の駆動素子列の一部は、前記主走査方向と直交する方向において、前記第２の駆動素子列の一部とオーバラップするとともに、このオーバラップした領域において、前記第１のノズル列と、前記第２のノズル列とが千鳥状に配置し、
   前記第２の駆動素子列の一部は、前記主走査方向と直交する方向において、前記第３の駆動素子列の一部とオーバラップするとともに、このオーバラップした領域において、前記第２のノズル列と、前記第３のノズル列とが千鳥状に配置し、
   前記第３の駆動素子列の一部は、前記主走査方向と直交する方向において、前記第１の駆動素子列の一部とオーバラップするとともに、このオーバラップした領域において、前記第３のノズル列と、前記第１のノズル列とが千鳥状に配置することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記第１から第３の駆動素子列は、それぞれ複数の駆動素子を含み、
   前記第１から第３の駆動素子列の前記駆動素子は、前記基板に固定された圧電部材に対して、機械加工を行うことにより形成され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. 前記機械加工は、溝加工であり、
   前記前記第１から第３の駆動素子列の前記駆動素子は、シェアモード型であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記第１のノズル列と、前記第２のノズル列と、前記第３のノズル列と、が形成されるノズルプレートを具備し、
   前記第１から第３のノズル列は、複数のノズルを含み、
   前記第１から第３のノズル列の前記ノズルは、前記枠部材に固定された前記ノズルプレートに対する加工により形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記ノズルは、レーザ加工により形成され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。

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