JP2009214500A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル開口同士の相対位置を正確に位置決めする。
【解決手段】隣接するヘッド１の流路形成基板１２の間に嵌合されることで互いの相対位置を位置決めする凸部３を流路形成基板１２に形成し、隣接する流路形成基板１２の角部１２ｃの間に凸部３を度当てして嵌合することでヘッド１同士の相対位置を位置決めし、組立の累積誤差の影響を抑えてノズル開口同士の相対位置を位置決めする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液滴を吐出するノズル開口を備えた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

液体噴射ヘッド（ヘッド）をユニット化して構成された記録ヘッドの代表例としては、例えば、圧電素子の変位による圧力を利用してノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが知られている。従来から知られているインクジェット式記録ヘッドのヘッドは、圧力発生室が設けられる流路形成基板を備え、圧力発生室に圧力変化を生じさせる振動板を設け、振動板の反対側の流路形成基板にノズルプレートが接合されている。そして、支持基板に固定された圧電素子（圧電振動子）をケース部材（ケースヘッド）の収容室に収容し、圧電振動子により振動板を振動させてインクをノズルプレートのノズル開口から吐出させるようにしている。

インクジェット式記録ヘッドは、複数のヘッドが一つのケースヘッドに固定されてヘッドユニットが構成されている（例えば、特許文献１参照）。ヘッドの相対位置（ノズル開口の相対位置）を精度良く搭載したユニットとするため、従来の技術では、複数のヘッドを部分キャリッジに個別に位置決めし、部分ギャリッジを統一キャリッジに搭載するようにしてインクジェット式記録ヘッドとしている。これにより、複数のヘッドを簡単且つ精度良く一つのユニットにしたインクジェット式記録ヘッドとすることが可能になっている。

また、インクジェット式記録ヘッドのヘッド同士の相対的な位置決めを行なうため、ケース部材に位置決め部材を設け、ケース部材同士を所定の位置関係に位置決めすることが考えられている。ケース部材同士の相対位置を位置決めすることで、複数のインクジェット式記録ヘッドを精度良く一つのユニットとすることが可能である。

しかし、インクジェット式記録ヘッドのヘッドは、流路形成基板の両側に振動板を構成する部材及びノズルプレートを配し、圧電素子をケース部材に収容する構成になっているので、ケース部材同士を所定の位置関係に位置決めしても、ノズル開口（ノズルプレート）同士の相対位置を正確に位置決めすることが困難である。つまり、ノズルプレートと流路形成基板との誤差、流路形成基板と振動板を構成する部材との誤差、振動板を構成する部材とケース部材との誤差が累積され、ケース部材同士を所定の相対位置に位置決めしても、ノズルプレート同士（ノズル開口同士）の相対位置関係には累積誤差が影響してしまう。

特開２００２−３１６４２０号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ノズル開口同士の相対位置を正確に位置決めすることができる液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ノズル開口同士の相対位置が正確に位置決めされた液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置を適用することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の液体噴射ヘッドは、流体流路が設けられると共にノズル開口が形成されたノズル部材と、前記流体流路に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを備えた液体噴射ヘッドにおいて、前記ノズル部材には、隣接する両側の前記液体噴射ヘッドの前記ノズル部材との間に嵌合されることで複数の前記液体噴射ヘッドの相互の相対位置が位置決めされる嵌合部が形成されていることを特徴とする。

本発明では、ノズル部材に嵌合部を形成してノズル部材同士の相対位置を位置決めすることで液体噴射ヘッドの相対位置を位置決めしているので、組立の累積誤差の影響を抑えてノズル開口同士の相対位置を位置決めすることができる。このため、ノズル開口同士の相対位置を正確に位置決めすることが可能になる。

そして、上記液体噴射ヘッドにおいて、前記ノズル部材は、前記流体流路が設けられる流路形成基板と、ノズル開口が形成され前記流路形成基板に接合されるノズルプレートとから構成され、前記嵌合部は前記流路形成基板に形成されていることを特徴とする。

このため、ノズル部材の一部として、金属製のノズルプレートを適用した場合でも、組立の累積誤差の影響を抑えてノズルプレート同士（ノズル開口同士）の相対位置を位置決めすることができる。

また、上記液体噴射ヘッドにおいて、前記嵌合部は前記ノズル部材の面方向に突出して形成される凸部であり、隣接する前記液体噴射ヘッドの前記ノズル部材の端部を前記凸部にそれぞれ度当たりさせて嵌合することで位置決めされることを特徴とする。

このため、凸部に対して隣接するノズル部材の端部（角部）を度当てにして嵌合することで、簡単且つ容易にノズル部材同士（ノズル開口同士）の相対位置を位置決めすることができる。

上記目的を達成するための本発明の液体噴射装置は、上記液体噴射ヘッドの前記嵌合部により相対的に位置決めされた複数の前記液体噴射ヘッドが、ヘッド部材に固定されていることを特徴とする。

これにより、ノズル開口同士の相対位置が正確に位置決めされた液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置とすることができる。

図１には本発明の一実施形態例に係る液体噴射ヘッドのノズル開口側から見た平面視、図２には図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視、図３には図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視の概略を示してある。また、図４にはインクジェット式記録ヘッドの概略を示してある。

図１〜図３に基づいてインクジェット式記録ヘッドを説明する。図１は液体噴射ヘッドをノズル開口側から見た状態であり、図２は、説明の便宜上、図１のＩＩ−ＩＩ線方向から見てノズルプレートが下側に配された状態を示してある。また、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線方向から見てノズルプレートが上側に配された状態を示してある。つまり、図２と図３の状態は上下が逆向きになった状態で示してある。

図２に基づいてインクジェット式記録ヘッド１０を構成するヘッド１（液体噴射ヘッド）を具体的に説明する。

図２に示すように、インクジェット式記録ヘッド１０を構成するヘッド１は、複数の圧力発生室１１（液体流路）を有する流路形成基板１２を備え、流路形成基板１２の一方の面（図中下側の面）には金属製（例えば、ステンレス鋼板：ＳＵＳ）のノズルプレート１４が接合され、ノズルプレート１４には圧力発生室１１に連通するノズル開口１３が複数形成されている（ノズル部材１００）。

尚、液体流路としては、複数の基板を積層させた場合には、圧力発生室からノズルプレートに至るまでの構造をいう。本実施例では、圧力発生室１１自体が流体流路となっている。また、上記実施形態例では、流路形成基板１２及びノズルプレート１４によりノズル部材１００を構成したが、シリコン等により、圧力発生室及びノズル開口を有する流路形成部材をノズル部材として一体に構成することも可能である。

ノズルプレート１４の反対側における流路形成基板１２には振動板１５が接着剤や熱溶着フィルムを介して接合され、圧力発生室１１が振動板１５により封止されている。ノズルプレート１４及び振動板１５が接合された流路形成基板１２により流路形成ユニット１６が構成されている。

圧力発生室１１に対応する領域における振動板１５の上には圧電素子ユニット１８が設けられ、圧電素子ユニット１８は圧電素子１７を備えている。振動板１５の上にはケース部材としてのケースヘッド２０が固定され、ケースヘッド２０には圧電素子ユニット１８が収容される収容部１９が設けられている。

流路形成基板１２の一方側の面の表層部分には隔壁により区画された圧力発生室１１が複数並設され、圧力発生室１１の列の外側には流路形成基板１２を厚さ方向に貫通するリザーバ２２がそれぞれ設けられ、リザーバ２２により圧力発生室１１にインクが供給される。圧力発生室１１とリザーバ２２はインク供給路２３を介して連通し、インク供給路２３は圧力発生室１１よりも狭い幅で形成されている。圧力発生室１１より狭いインク供給路２３により、リザーバ２２から圧力発生室１１に流入するインクの流路抵抗が一定に保持される。

リザーバ２２の反対側における圧力発生室１１の端部にはノズル連通孔２４が形成され、ノズル連通孔２４は流路形成基板１２を貫通している。流路形成基板１２は、例えば、シリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１２をエッチングすることにより圧力発生室１１等が形成される。ノズル連通孔２４により、各圧力発生室１１とノズルプレート１４のノズル開口１３が連通している。

圧力発生室１１を封止する振動板１５は弾性膜２５及び支持板２６の複合板で構成され、弾性膜２５が流路形成基板１２に接合されている。弾性膜２５は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材製のフィルムからなり、支持板２６は、例えば、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）からなっている。

振動板１５の圧力発生室１１に対向する領域内には圧電素子１７の先端部が当接する島部２７がそれぞれ設けられている。即ち、振動板１５の圧力発生室１１の周縁部に対向する各領域に他の領域よりも厚さの薄い薄肉部２８がエッチングにより形成され、薄肉部２８の内側に島部２７が形成された状態になっている。島部２７には圧電素子１７の活性領域の先端が接着剤３０により接合されている。

また、振動板１５のリザーバ２２に対向する領域にはコンプライアンス部２９が設けられ、コンプライアンス部２９は薄肉部２８と同様に支持板２６がエッチングにより除去されて弾性膜２５のみで構成されている。リザーバ２２内の圧力変化が生じた際、コンプライアンス部２９の弾性膜２５が変形して圧力変化が吸収され、リザーバ２２内の圧力が常に一定に保持される。

圧電素子１７は、インク滴を吐出するための圧力を圧力発生室１１の内部に発生させる圧力発生手段であり、一つの圧電素子ユニット１８において一体的に形成されている。圧電素子ユニット１８を構成する圧電素子形成部材３４は、圧電材料の両側に電極形成材料が積層されて形成されている。圧電素子形成部材３４は櫛刃状に切り分けられ、圧力発生室１１にそれぞれ対応する圧電素子１７とされている。

振動に寄与しない圧電素子１７（圧電素子形成部材３４）の基端部側の不活性領域の一方の面が固定基板３５に固着され、圧電素子１７の基端部近傍の他方の面には回路基板３７が接続されている。回路基板３７には配線３６が備えられ、配線３６により圧電素子１７を駆動するための信号が供給される。圧電素子ユニット１８は、圧電素子１７（圧電素子形成部材３４）及び固定基板３５及び回路基板３７により構成されている。

一方、振動板１５の上面（支持板２６の上面）にはケースヘッド２０が接着剤３０により接合され、ケースヘッド２０には圧電素子ユニット１８を収容する収容部１９が形成されている。収容部１９に収容された圧電素子ユニット１８は、圧電素子１７の先端部が振動板１５の島部２７に接合され、固定基板３５がケースヘッド２０の段差部３８に接着剤３９により接合されている。

ケースヘッド２０の上面には配線基板４１が固定され、配線基板４１には複数の導電パッド４０が設けられている。導電パッド４０は回路基板３７の配線３６にそれぞれ接続されている。ケースヘッド２０の収容部１９は配線基板４１によって塞がれた状態になっている。配線基板４１にはケースヘッド２０の収容部１９に対向する領域にスリット状の開口部４２が形成され、開口部４２から回路基板３７が収容部１９の外側に引き出されている。

圧電素子ユニット１８を構成する回路基板３７は、例えば、圧電素子１７を駆動するための駆動ＩＣ（図示省略）が搭載されたチップオンフィルム（ＣＯＦ）からなる。そして、回路基板３７の配線３６の基端部側が、半田、異方性導電材等によって圧電素子１７を構成する圧電素子形成部材３４（電極形成材料）に接続されている。配線３６の先端部側は、配線基板４１の各導電パッド４０に接合されている。即ち、回路基板３７は配線基板４１の開口部４２から収容部１９の外側に引き出され、回路基板３７の先端部が配線基板４１の表面に沿って折り曲げられた状態で配線３６が配線基板４１の導電パッド４０にそれぞれ接合されている。

上述したインクジェット式記録ヘッド１０のヘッド１は、インク滴を吐出する際に、圧電素子１７及び振動板１５の変形によって圧力発生室１１の容積を変化させて所定のノズル開口１３からインク滴を吐出させる。図示しないインクカートリッジからリザーバ２２にインクが供給されると、インク供給路２３を介して圧力発生室１１にインクが分配される。即ち、圧電素子１７に電圧を印加することにより圧電素子１７を収縮させる。これにより、振動板１５が圧電素子１７と共に変形されて圧力発生室１１の容積が広げられ、圧力発生室１１内にインクが引き込まれる。

ノズル開口１３に至るまで内部にインクが満たされた後、配線基板を介して供給される記録信号に従い、圧電素子１７の電極形成材料３２、３３に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子１７が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板１５も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室１１の容積が収縮して圧力発生室１１内の圧力が高まりノズル開口１３からインク滴が吐出される。

上述したインクジェット式記録ヘッド１０のヘッド１は、ヘッド部材に複数個が固定されてインクジェット式記録ヘッド１０が構成される。例えば、図１に示すように、３個のヘッド１がヘッド部材であるヘッドプレート２に固定されることにより、インクジェット式記録ヘッド１０が構成される。この場合、ヘッド１同士の相対位置が精度良く位置決めされることにより、ヘッド１同士のノズル開口１３の相対位置が所定の関係に位置決めされた状態で、例えば、３個のヘッド１がヘッドプレート２に固定される。尚、インクジェット式記録ヘッド１０を構成するヘッド１の数は任意であり、３個に限定されるものではない。

ヘッド１同士の相対位置を位置決めしてノズル開口１３の相対位置を所定の関係にするため、ヘッド１には互いの相対位置が位置決めされる嵌合部が形成されている。図１〜図３に基づいて嵌合部の構成及びヘッド１の相対位置決めについて説明する。

図に示すように、ノズル部材１００としての流路形成基板１２の側部（図１中下側側部、図２中左側側部）には嵌合部としての凸部３が形成されている。凸部３の一方の側壁３ａと流路形成基板１２の縁部１２ａとにわたる部位に、図１中左側に段違いで隣接するヘッド１の流路形成基板１２の端部としての角部１２ｃが度当たり状態で嵌合され、凸部３の一方の側壁３ｂと流路形成基板１２の縁部１２ｂとにわたる部位に、図１中右側に段違いで隣接するヘッド１の流路形成基板１２の端部としての角部１２ｃが度当たり状態で嵌合される。尚、端部としては凸部３の形状に応じた形とされる。例えば、凸部３が円弧状であれば凹曲線状の形状の端部とされる。

流路形成基板１２に形成された凸部３を隣接するヘッド１の流路形成基板１２の角部１２ｃの間に嵌合することで、３個のヘッド１の相対位置が位置決めされる。流路形成基板１２にはノズルプレート１４が直接接合されているので、流路形成基板１２に形成された凸部３を位置決めに用いていることにより、累積誤差の影響を受けずに、流路形成基板１２とノズルプレート１４の僅かな接合公差の範囲でノズルプレート１４同士（ノズル開口１３同士）の相対位置が正確に位置決めされることになる。

このため、流路形成基板１２の凸部３を度当てにして流路形成基板１２同士を嵌めこむだけの極めて簡単な操作で、ノズルプレート１４同士（ノズル開口１３同士）の相対位置を位置決めすることができ、しかも、累積誤差の影響を受けずに精度良くノズルプレート１４同士（ノズル開口１３同士）の相対位置を位置決めすることができる。

３個のヘッド１の相対位置が位置決めされた後、相対位置を維持した状態で止めねじ３を介してヘッド１をヘッドプレート２に固定し、３個のヘッド１を一つのユニットとしてヘッドプレート２に位置決め固定する。これにより、３個のヘッド１を一つのユニットとしたインクジェット式記録ヘッド１０におけるノズル開口１３同士の相対位置が精度良く保たれる。これにより、ヘッド１毎に位置調整を行うことなく複数のヘッド１を有するインクジェット式記録ヘッド１０を容易に組み立てることが可能になる。

上述したインクジェット式記録ヘッド１０は、インクカートリッジ等と連通するインク流路を備えた記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図４に基づいてインクジェット式記録装置を説明する。

図に示すように、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置（装置本体）５１は、インクカートリッジ５２が搭載されるキャリッジ５３やキャリッジ５３に取り付けられインクジェット式記録ヘッド１０（図１〜図３参照）を備えた記録ヘッド５４等が一体化されたインク噴射ヘッドを有している。キャリッジ５３はタイミングベルト５６を介してステッピングモータ５７に接続され、ガイドバー５８に案内されて記録紙５９の紙幅方向（主走査方向）に往復移動するようになっている。キャリッジ５３は上部に開放する箱型をなし、記録紙５９と対面する面（下面）に記録ヘッド５４のノズル面が露呈するよう取り付けられると共に、インクカートリッジ５２が収容されるようになっている。

記録ヘッド５４にはインクカートリッジ５２からインクが供給され、キャリッジ５３を移動させながら記録紙５９の上面にインク滴を吐出させて記録紙５９に画像や文字をドットマトリックスにより印刷するようになっている。図４中の符号で、６０は印刷休止中に記録ヘッド５４のノズル開口を封止することによりノズルの乾燥を防止すると共に記録ヘッド５４のノズル面に負圧を作用させてクリーニング動作をするキャップであり、６１は記録ヘッド５４のノズル面をワイピングするワイパーブレードであり、６２はクリーニング動作で吸引した廃インクを貯留する廃インク貯留部であり、６３は装置本体５１の動作を制御する制御装置である。

尚、上述した実施形態例では、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッド１０を挙げて説明したが、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおけるノズルプレートの接合構造に適用することができる。適用可能な液体噴射ヘッドとしては、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

一実施形態例に係る液体噴射ヘッドの底面側からの平面図である。 図１中のＩＩ―ＩＩ線矢視図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。 インクジェット式記録ヘッドの概略図である。

符号の説明

１ ヘッド、 ２ ヘッドプレート、 ３ 凸部、 １０ インクジェット式記録ヘッド、 １１ 圧力発生室、 １２ 流路形成基板、 １３ ノズル開口、 １４ ノズルプレート、 １５ 振動板、 １６ 流路形成ユニット、 １７ 圧電素子、 １８ 圧電素子ユニット、 １９ 収容部、 ２０ ケースヘッド、 ２２ リザーバ、 ２３ インク供給路、 ２４ ノズル連通孔、 ２５ 弾性膜、 ２６ 支持板、 ２７ 島部、 ２８ 薄肉部、 ２９ コンプライアンス部、 ３２ 電極形成材料、 ３４ 圧電素子形成部材、 ３５ 固定基板、 ３６ 配線、 ３７ 回路基板、 １００ ノズル部材

Claims (4)

1. 流体流路が設けられると共にノズル開口が形成されたノズル部材と、前記流体流路に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを備えた液体噴射ヘッドにおいて、
   前記ノズル部材には、
   隣接する両側の前記液体噴射ヘッドの前記ノズル部材との間に嵌合されることで複数の前記液体噴射ヘッドの相互の相対位置が位置決めされる嵌合部が形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記ノズル部材は、
   前記流体流路が設けられる流路形成基板と、
   ノズル開口が形成され前記流路形成基板に接合されるノズルプレートと
   から構成され、
   前記嵌合部は前記流路形成基板に形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１もしくは請求項２のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記嵌合部は前記ノズル部材の面方向に突出して形成される凸部であり、
   隣接する前記液体噴射ヘッドの前記ノズル部材の端部を前記凸部にそれぞれ度当たりさせて嵌合することで位置決めされる
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの前記嵌合部により相対的に位置決めされた複数の前記液体噴射ヘッドが、ヘッド部材に固定されていることを特徴とする液体噴射装置。
   
   

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