JP2009233945A

JP2009233945A - 液体吐出装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2009233945A
Application number: JP2008081001A
Authority: JP
Inventors: Isao Suzuki; 伊左雄鈴木
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】レーザビームが圧力室の壁面の保護膜に当たることなく逆テーパー状のノズルを形成することができ、これにより保護膜の損傷を防ぎながらインクの良好な吐出が可能な液体吐出装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ノズルプレート３の各ノズル４は、ノズルプレート３の表面側の開口が円形で、ノズルプレート３の裏面側の開口が楕円形で、その楕円形の開口の長手方向が各圧力室６における液体の流れ方向と一致している。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えばインクジェット方式のプリンタなどに用いられる液体吐出装置およびその製造方法に関する。

インクジェット方式のプリンタなどに用いられる液体吐出装置いわゆるインクジェットヘッドは、インク吐出用の複数のノズルが形成されたノズルプレート、このノズルプレートの裏面側において各ノズルと対応する位置にそれぞれ形成された圧力室、これら圧力室にインク吐出用の圧力を加える複数の駆動部などを有する。各駆動部は、各ノズルの相互間にそれぞれ壁状に設けられ、各圧力室の周面となる電極、およびこれら電極への電圧の印加により動作して各圧力室にインク吐出用の圧力を加える圧電部材からなる。

各ノズルはノズルプレートの表面から裏面にかけて形成された挿通孔である。

このようなインクジェットヘッドにおいて、各ノズルの形状はインクの吐出に大きな影響を与えるものであり、その点を考慮し、ノズルプレートの表面側の開口よりも裏面側の開口が大きい逆テーパー状の挿通孔をノズルとして用いるものがある（例えば特許文献１）。このノズルを採用することにより、インクの良好な吐出が可能となる。
特開２０００−２１８８０２号公報

インクジェットヘッドにおいて、ノズルプレートの各ノズルをレーザビームの照射によって形成する場合、ノズルプレートの裏面側に各圧力室が形成されている状態でレーザビームが照射されると、ノズルプレートを通過した後のレーザビームが圧力室内で拡がって圧力室の壁面に当たってしまう。

圧力室の周面である壁面および底面は電極によって形成されるが、その電極はインクによる腐食等を防ぐため、保護膜たとえば絶縁膜によって被覆される。この保護膜にレーザビームが当たると、保護膜が損傷してしまう。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、レーザビームが圧力室の壁面の保護膜に当たることなく逆テーパー状のノズルを形成することができ、これにより保護膜の損傷を防ぎながらインクの良好な吐出が可能な液体吐出装置およびその製造方法を提供することである。

この発明の請求項１に係る発明の液体吐出装置は、ノズルプレートと、このノズルプレートに設けられた液体吐出用の複数のノズルと、前記ノズルプレートの裏面側において前記各ノズルの配列方向に沿って且つ各ノズルの相互間にそれぞれ壁状に設けられ、前記各ノズルの配列方向と直交する方向に液体が流れる圧力室を同各ノズルと対応する位置にそれぞれ形成するとともに、これら圧力室の周面となる電極およびこれら電極への電圧の印加により動作して前記各圧力室に液体吐出用の圧力を加える圧電部材からなる複数の駆動部と、これら駆動部の各電極上に設けられた保護膜とを備える。そして、前記各ノズルが、前記ノズルプレートの表面側の開口が円形で、前記ノズルプレートの裏面側の開口が楕円形で、その楕円形の開口の長手方向が前記各圧力室における液体の流れ方向と一致している。

請求項１１に係る発明の液体吐出装置の製造方法は、請求項１ないし請求項９のいずれかに係る発明の液体吐出装置において、円形の光通過孔を有する第１マスク、および楕円形の光通過孔を有する第２マスクを用意し、裏面側に前記各圧力室が形成された状態の前記ノズルプレートに対し、ノズル形成用のレーザビームを前記第１マスク、前記第２マスク、および投影レンズを順に通して照射することにより、前記各ノズルを形成する。

この発明は、液体吐出装置およびその製造方法によれば、レーザビームが圧力室の壁面の保護膜に当たることなく、逆テーパー状のノズルを形成することができる。これにより、保護膜の損傷を防ぎながら、インクの良好な吐出が可能となる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、基板１の各辺に沿って枠板２が立設され、これら枠板２の上にノズルプレート（オリフィスプレートともいう）３が支持されている。ノズルプレート３には、インク吐出用（液体吐出用）の複数のノズル４が所定間隔で一列に形成されている。この図１のＡ−Ａ線に沿う断面を図２に示し、Ｂ−Ｂ線に沿う断面を図３に示している。

すなわち、ノズルプレート３の裏面側において、各ノズル４の配列方向に沿って、かつ各ノズル４の相互間に、それぞれ壁状の複数の駆動部５が設けられている。これら駆動部５は、各ノズル４の配列方向と直交する方向に液体が流れる圧力室６を各ノズル４と対応する位置にそれぞれ形成するとともに、これら圧力室６の周面（壁面および底面）となる電極７およびこれら電極７への電圧の印加により動作して各圧力室６にインク吐出用の圧力を加える一対の圧電素子（圧電部材）８ａ，８ｂからなり、ノズルプレート３の裏面に接着剤により貼り付けられている。

そして、各電極７が絶縁膜（保護膜）９で被覆されている。この被覆により、インクによる各電極７の腐食等が防止される。

上記圧電素子８ａ，８ｂは、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子であり、分極方向（図示矢印方向）が互いに対向する状態に重ね合わされている。この圧電素子８ａ，８ｂの動作により、圧力室６の側壁が図示二点鎖線で示すように屈曲し、これに伴い、圧力室６にインク吐出用の圧力が加わる。

また、基板１、枠板２、ノズルプレート３で囲まれる空間が、各圧力室６に連通する液室１０となっている。さらに、インクを液室１０へ供給するための複数の供給口１１、および液室１０内の液体を排出するための複数の排出口１２が、各圧力室６における液体の流れ方向に沿ってその各圧力室６を挟む位置に、それぞれ設けられている。各供給口１１から液室１０に流入するインクが各圧力室６を経て各排出口１２に流れる様子を図２に破線で示している。

このようなインクジェットヘッドにおいて、各ノズル４として、ノズルプレート３の表面側の開口よりも裏面側の開口が大きい逆テーパー状の挿通孔が採用されている。この逆テーパー状の挿通孔の採用により、インクの良好な吐出が可能となっている。

とくに、ノズルプレート３の表面側の開口が直径Ｌ０の円形で、ノズルプレート３の裏面側の開口が表面側の開口より大きい面積の楕円形となっている。この楕円形の開口は、短手方向の長さがＬ１（＞Ｌ０）、長手方向の長さがＬ２（＞Ｌ１）で、とくに長手方向が圧力室６におけるインクの流れ方向と一致している。

このように、ノズルプレート３の裏面側における各ノズル４の開口が楕円形で、その楕円形の長手方向が圧力室６におけるインクの流れ方向と一致していることにより、液室１０から圧力室６に流れるインクがその楕円形状に沿ってノズル４の開口にスムーズに効率よく流れ込む。吐出されずにノズル４から流れ出る残りのインクも、開口から楕円形状に沿ってスムーズに効率よく流れ出る。

したがって、各ノズル４を逆テーパー状の挿通孔としたことによるインクの吐出性能をさらに向上させることができる。また、圧電素子８ａ，８ｂの振動に伴ってインク中に図２に示すような気泡Ｘが発生しても、その気泡Ｘは各ノズル４の開口内に滞留することなく開口の楕円形状に沿って速やかに排出される。これにより、各ノズル４から吐出されるインクに不要な気泡Ｘが混じることがなくなり、インクによる例えば印字性能の向上が図れる。

一方、各ノズル４は、図４および図５に示すように、ノズルプレート３が基板１および枠板２に取り付けられ、かつノズルプレート３の裏面側に各圧力室６が形成された状態で、そのノズルプレート３の表面側から照射されるレーザビームＹにより形成される。

すなわち、円形の光通過孔２１ａを有する第１マスク２１、および楕円形の光通過孔２２ａを有する第２マスク２２が用意され、ノズルプレート３の表面に対し、ノズル形成用のレーザビームＹがその第１マスク２１、第２マスク２２、および投影レンズ２３を順に通して照射される。この照射により、ノズルプレート３にノズル４の挿通孔が形成される。

この形成に際し、ノズルプレート３を通過した後のレーザビームＹが圧力室６内で拡がるが、その拡がりは開口の楕円形の長手方向に沿って図４のように大きくなるものの、短手方向では図５のようにそれほど大きくならない。

図４のように、レーザビームＹの拡がりが楕円形状の長手方向に沿って大きくなっても、その拡がりの先に圧力室６の壁面は存在しない。図５のように、開口の楕円形の短手方向に沿ってレーザビームＹの拡がりがそれほど大きくならない場合は、レーザビームＹが圧力室６の壁面の絶縁膜９に届かない。レーザビームＹが圧力室６の底面の絶縁膜９に届いたとしても、その底面部分ではレーザビームＹの強度が十分に低下した状態にある。したがって、レーザビームＹによる絶縁膜９の損傷は生じない。

また、各駆動部５がノズルプレート３の裏面に接着剤で貼り付けられる際に、図５に示すように、接合部からノズルプレート３の裏面に沿って接着剤Ｚの食み出しが生じる可能性があるが、その食み出しの方向はノズル４の開口の楕円形の短手方向に対応するので、接着剤Ｚの食み出しがノズル４の開口領域まで達することはない。よって、接着剤Ｚの食み出しが生じても、ノズル４の精度のよい安定した形成が可能となる。この点でも、インクの吐出性能の向上が図れる。

レーザビームＹの照射によるノズル４の他の形成方法として、第１マスク２１および第２マスク２２に代えて、図６に示す第１アレイレンズ３１および第２アレイレンズ３２を用いてもよい。第１アレイレンズ３１は楕円形の非遮蔽部３１ａを有し、第２アレイレンズ３２は非遮蔽部を有していない。なお、第１アレイレンズ３１が図７のような矩形の非遮蔽部３１ｂを有している場合には、楕円形でなく、矩形の開口が形成されることになる。

なお、上記実施形態では、吐出する液体がインクである場合を例に説明したが、インクに限らず、液晶や半導体を製造するための溶液を吐出する場合についても、同様に実施可能である。また、各ノズル４の列が１列の場合について説明したが、各ノズル４の列が複数列あって、しかも各ノズル４の位置が各ノズル列の相互間で千鳥状に配列されている場合についても、同様に実施可能である。その他、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、用紙を変えない範囲で種々変形実施可能である。

この発明の一実施形態のインクジェットヘッドの外観を示す斜視図。図１のＡ−Ａ線に沿う断面を矢印方向に見た図。図１のＢ−Ｂ線に沿う断面を矢印方向に見た図。一実施形態におけるレーザビームの照射によるノズル形成に際してのレーザビームの経路を楕円形状の長手方向に沿って見た図。一実施形態におけるレーザビームの照射によるノズル形成に際してのレーザビームの経路を楕円形状の短手方向に沿って見た図。一実施形態におけるレーザビームの照射に際して用いる部材の変形例を示す図。図６の部材により形成されるノズル形状の他の例を参考として示す図。

符号の説明

１…基板、２…枠板、３…ノズルプレート、４…ノズル、５…駆動部、６…圧力室、７…電極、８ａ，８ｂ…圧電素子（圧電部材）、９…絶縁膜（保護膜）、１０…液室、１１…供給口、１２…排出口、２１…第１マスク、２１ａ…光通過孔、２２…第２マスク、２２ａ…光通過孔、２３…投影レンズ、２３ａ…光通過孔、３１…第１アレイレンズ、３１ａ…非遮蔽部、３２…第２アレイレンズ

Claims

ノズルプレートと、
このノズルプレートに設けられた液体吐出用の複数のノズルと、
前記ノズルプレートの裏面側において前記各ノズルの配列方向に沿って且つ各ノズルの相互間にそれぞれ壁状に設けられ、前記各ノズルの配列方向と直交する方向に液体が流れる圧力室を同各ノズルと対応する位置にそれぞれ形成するとともに、これら圧力室の周面となる電極およびこれら電極への電圧の印加により動作して前記各圧力室に液体吐出用の圧力を加える圧電部材からなる複数の駆動部と、
これら駆動部の各電極上に設けられた保護膜とを備え、
前記各ノズルは、前記ノズルプレートの表面側の開口が円形で、前記ノズルプレートの裏面側の開口が楕円形で、その楕円形の開口の長手方向が前記各圧力室における液体の流れ方向と一致する、
ことを特徴とする液体吐出装置。
前記各ノズルは、前記ノズルプレートの表面側から照射されるレーザビームにより形成されることを特徴とする液体吐出装置。
前記各駆動部の圧電部材は、分極方向が互いに対向する状態に重ね合わされた一対の圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記各駆動部の電極は、前記各圧力室の壁面および底面を成すことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記保護膜は、前記各電極を被覆する絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記各駆動部は、前記ノズルプレートの裏面に、接着剤により貼り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
供給される液体を前記各圧力室に通して排出する液室、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
基板と、
この基板上に設けられ、前記ノズルプレートを支持しながら、その基板およびノズルプレートと共に前記液室を形成する枠板と、
前記基板に形成され、液体を前記液室へ供給するための供給口と、
前記基板に形成され、前記液室内の液体を排出するための排出口と、
をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置。
前記供給口および前記排出口は、前記各圧力室における液体の流れ方向に沿って同各圧力室を挟む位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置。
前記液体は、インクであることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の液体吐出装置。
前記請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の液体吐出装置において、円形の光通過孔を有する第１マスク、および楕円形の光通過孔を有する第２マスクを用意し、裏面側に前記各圧力室が形成された状態の前記ノズルプレートに対し、ノズル形成用のレーザビームを前記第１マスク、前記第２マスク、および投影レンズを順に通して照射することにより、前記各ノズルを形成することを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
前記請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の液体吐出装置において、前記各ノズルの楕円形の開口に対応する楕円形の非遮蔽部を有する第１アレイレンズ、および非遮蔽部を有しない第２アレイレンズを用意し、裏面側に前記各圧力室が形成された状態の前記ノズルプレートに対し、ノズル形成用のレーザビームを前記第１アレイレンズ、前記第２アレイレンズ、および投影レンズを順に通して照射することにより、前記各ノズルを形成することを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
前記液体は、インクであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の液体吐出装置の製造方法。