JP2010131940A - 液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他の液体吐出流路の動作状態に影響を受けることなく各液体吐出流路から液体を吐出させる。
【解決手段】一表面に開口し平行間隔をあけて形成された複数の吐出溝１３を有するアクチュエータ基板３と、アクチュエータ基板３の一表面に接合され、アクチュエータ基板３とは反対側の表面に開口する共通インク室１７および共通インク室１７から吐出溝１３に貫通する複数のスリット１９が設けられたカバープレート基板５と、共通インク室１７の開口をほぼ閉塞する位置に、全てのスリット１９の端部から略一定距離に配置される平坦面を有するフィルタ５０とを備える液体噴射ヘッドチップ１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置に関するものである。

従来、インク等の液体を吐出する複数の吐出ノズルを有する液体噴射ヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録する液体噴射記録装置が知られている。例えば、インクジェットヘッドは、複数の吐出溝を有するアクチュエータ基板とインク経路を形成するカバープレート基板とインクの流路部材とによって構成されており、各吐出溝の側壁に電圧を印加してせん断変形させることで吐出ノズルからインクを吐出するようになっている。

このようなインクジェットヘッドにおいては、水性インクを使用する場合に、インクに接している電極を通じて導通・短絡が生じてしまうのを防ぐため、吐出溝によって形成される吐出チャンネルをそれぞれ独立した構造にするようになっている。また、カバープレート基板と流路部材とから構成される共通インク室の内部に所定の構造物を設けることがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のインクジェットヘッドチップには、吐出溝に供給されるインク内に存在するごみ等を除去するためのフィルタが設けられている。このような構造物は、通常、共通インク室内部の任意の位置に設けられており、例えば、アクチュエータ基板の表面から２ｍｍ以上の間隔をあけて配置されている。

特開２００７−１９０７５６号公報

しかしながら、従来のインクジェットヘッドチップのように共通インク室内部の任意の位置に構造物を配置した場合、各吐出チャンネルの側壁に電圧を印加してせん断変形させると、近接する吐出チャンネルどうしがクロストーク（圧力変動が他の吐出チャンネルへ伝播すること）を起こし、吐出特性に影響を及ぼす場合がある。具体的には、一部の吐出チャンネルの吐出速度が遅くなり、所望の吐出速度でインクを吐出することができないという場合があるという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、他の液体吐出流路の動作状態に影響を受けることなく各液体吐出流路から液体を吐出させることができる液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、一表面に開口し平行間隔をあけて形成された複数の液体吐出流路を有するアクチュエータ基板と、該アクチュエータ基板の前記一表面に接合され、該アクチュエータ基板とは反対側の表面に開口するとともに前記液体吐出流路に連通する開口部が設けられたカバープレート基板と、該カバープレート基板の前記開口部をほぼ閉塞する位置に前記アクチュエータ基板との接合面から略一定距離に配置される平坦面を有する構造物とを備える液体噴射ヘッドチップを提供する。

本発明によれば、カバープレート基板に設けられた開口部に液体を貯留すると、開口部が各液体吐出流路に液体を供給する共通液体室として機能する。また、各液体吐出流路の側壁をせん断変形させることで液体吐出流路内の容積が変化し、これにより、開口部から各液体吐出流路に振り分けられた液体が液体吐出流路ごとに吐出される。

この場合に、開口部をほぼ閉塞する位置に、前記アクチュエータ基板との接合面からほぼ一定距離に平坦面を有する構造物を配置したことで、圧電方式によって側壁をせん断変形させる場合であっても、一部の隣接する液体吐出流路間で圧力変動が伝播してしまう（いわゆる、クロストーク）のを抑制することができる。これにより、全ての液体吐出流路からの液体の吐出を他の液体吐出流路の動作に影響されることなく行うことができる。

また、上記発明においては、前記開口部が、前記アクチュエータ基板とは反対側の表面に開口面を有する凹部と該凹部から前記液体吐出流路に貫通する複数の貫通孔とを備えることとしてもよい。

このように構成することで、凹部の開口面から供給された液体が貫通孔を介して液体吐出流路に振り分けられる。したがって、例えば、液体吐出流路に対して１つ置きに貫通孔を配置することで、水性インク用の液体噴射ヘッドチップを構成することができる。

また、上記発明においては、前記構造物が異物除去部材であることとしてもよい。
このように構成することで、異物除去部材により、例えば、各液体吐出流路に供給される液体に含まれる塵埃等を除去したり、大きな気泡が液体吐出流路に侵入したりしてしまうのを防ぐことができる。異物除去部材としては、例えば、フィルタや貫通孔を有する板等が挙げられる。

また、上記発明においては、前記構造物が、前記アクチュエータ基板との接合面から０．８ｍｍより小さい距離に配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、クロストークが生じるのを効率的に防ぎ、複数の液体吐出流路全体の吐出特性をより安定させることができる。

本発明は、上記本発明の液体噴射ヘッドチップと、前記カバープレート基板の前記一表面に接合され前記開口部に液体を供給する流路を有する流路部材とを備える液体噴射ヘッドを提供する。

本発明は、上記本発明の液体噴射ヘッドを備える液体噴射記録装置を提供する。
本発明によれば、流路部材から液体噴射ヘッドチップに液体を供給し、他の液体吐出流路の動作状態に影響を受けることなく各液体吐出流路から液体を吐出させることができる。例えば、液体としてインクを用いた場合には、被記録媒体における印字品質の向上を図ることができる。

本発明によれば、他の液体吐出流路の動作状態に影響を受けることなく各液体吐出流路から液体を吐出させることができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る液体噴射ヘッドチップ１、液体噴射ヘッド１０および液体噴射記録装置１００について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る液体噴射ヘッド１０は、例えば、水性インク（液体）を吐出するものであり、図１〜図３に示すように、液体噴射ヘッドチップ１と、液体噴射ヘッドチップ１内にインクを供給する流路（流路部材）９と、液体噴射ヘッドチップ１を駆動する駆動回路等を搭載した配線基板（図示略）とを備えている。これらの各部材は、例えば、アルミニウム等でできた支持プレート３１に固定されており、各部材どうしは熱伝導性のよい接着剤や両面テープ等で結合されている。

液体噴射ヘッドチップ１は、厚さ約０．８ｍｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電素子からなる略矩形状のアクチュエータ基板３と、アクチュエータ基板３の一表面に接着された厚さ約０．８ｍｍのカバープレート基板５と、アクチュエータ基板３およびカバープレート基板５の端面に接着されたノズルプレート７とを備えている。

アクチュエータ基板３は、板厚方向に分極されている。また、アクチュエータ基板３には、カバープレート基板５が設けられた一表面に開口部１３Ａを有する複数の吐出溝（液体吐出流路）１３が平行間隔をあけて設けられている。各吐出溝１３は、例えば、約０．３６ｍｍの深さを有しており、それぞれ側壁１５によって分離されている。

各吐出溝１３の長手方向の一端は、アクチュエータ基板３の一端面３Ａまで延び、他端は他端面３Ｂまで延びることなく途中位置において深さが徐々に浅くなっている。このような吐出溝１３は、例えば、円板状のダイスカッター（図示略）のブレード外径にならった形状になっている。

また、各吐出溝１３の両側壁１５には、吐出溝１３の開口部１３Ａから深さ方向の途中位置まで、アクチュエータ基板３の長手方向に延びる駆動電圧印加用の電極１６が蒸着によって形成されている。

カバープレート基板５は、アクチュエータ基板３の一表面、すなわち、吐出溝１３の開口部１３Ａが形成されている表面に接着されている。このカバープレート基板５は、アクチュエータ基板３とは反対側の表面に開口面１７Ａを有する凹状の共通インク室（凹部）１７と、共通インク室１７からアクチュエータ基板３の吐出溝１３が浅くなっている端部に貫通する複数のスリット（貫通孔）１９とによって構成されるカバープレート開口部（開口部）１６を備えている。

アクチュエータ基板３にカバープレート基板５が接着された状態では、吐出溝１３の開口部１３Ａがカバープレート基板５によって閉じられることにより、複数の独立した吐出チャンネル２３Ａおよびダミーチャンネル２３Ｂが形成されている。

吐出チャンネル２３Ａは、カバープレート基板５のスリット１９が貫通した吐出溝１３によって形成されるインク流路であり、共通インク室１７から供給されたインクが充填されるようになっている。一方、ダミーチャンネル２３Ｂは、カバープレート基板５によって吐出溝１３の開口部１３Ａが閉塞された空洞部であり、インクが流入しないように密閉されている。これら吐出チャンネル２３Ａおよびダミーチャンネル２３Ｂは、吐出溝１３の配列方向に交互に形成されている。

共通インク室１７には、開口面１７Ａから離れる方向に向かって内壁面が内側に突出した段差部２５が設けられている。この段差部２５は、カバープレート基板５のアクチュエータ基板３側表面からの距離が約０．５ｍｍの位置に形成されている。また、平坦面を有するフィルタ（構造物，異物除去部材）５０が共通インク室１７の開口面１７Ａを略閉塞するように配置された状態で、段差部２５に接着で固定されている。

フィルタ５０は、約０．１ｍｍの厚さを有しており、全てのスリット１９のアクチュエータ基板３側の端部から略一定距離、すなわち、約０．５ｍｍの位置に配置されている。このフィルタ５０により、共通インク室１７から吐出溝１３に供給されるインクに含まれる塵埃等を除去したり、大きな気泡が吐出溝１３に侵入したりしてしまうのを防ぐことができる。また、液体噴射ヘッド１０の組み立て時等に液体噴射ヘッドチップ１単体で扱ったとしても、埃等が共通インク室１７に入り込むのを防ぐことができる。

ノズルプレート７は、アクチュエータ基板３の吐出チャンネル２３Ａおよびダミーチャンネル２３Ｂが開口している一端面３Ａに接着されている。ノズルプレート７は、吐出チャンネル２３Ａの開口に対向する位置にのみノズル孔２７を有している。なお、ダミーチャンネル２３Ｂの開口は、ノズルプレート７により封止されている。このノズルプレート７は、例えば、ポリイミドフィルムにエキシマレーザ装置等を用いてノズル孔２７が形成されたものである。なお、ノズルプレート７の被記録媒体に対向することとなる面には、撥水性を有する撥水膜（図示略）が形成されており、インクの付着等を防止するようになっている。

流路９は、カバープレート基板５の開口面１７Ａに接着されており、インクタンク（図示略）から供給されるインクを一時的に貯留する圧力調整室（図示略）に接続された連結部９Ａを備えている。

支持プレート３１は、重ね合わされたアクチュエータ基板３およびカバープレート基板５を支持していると共に、ノズルプレート７を支持している。支持プレート３１には、吐出溝１３の配列方向に延在する嵌合孔３３が形成されており、重ね合わされたアクチュエータ基板３およびカバープレート基板５をこの嵌合孔３３内に嵌め込んだ状態で両プレート３，５を支持している。支持プレート３１の先端側の表面は、アクチュエータ基板３およびカバープレート基板５の先端側の端面と面一となっている。

このように構成された液体噴射ヘッド１０は、例えば、図４に示すように、プリンタやファックス等に適用されるインクジェット式の記録装置である液体噴射記録装置１００に搭載されて使用される。

液体噴射記録装置１００は、色ごとに設けられた複数の液体噴射ヘッド１０と、液体噴射ヘッド１０が主走査方向に複数併設して搭載されたキャリッジ１０３と、フレキシブルチューブからなるインク供給管１０５を介して液体噴射ヘッド１０にインクを供給するインクカートリッジ１０７とを備えている。

キャリッジ１０３は、一対のガイドレール１０９Ａ，１０９Ｂの長軸方向に移動可能に搭載されている。また、ガイドレール１０９Ａ，１０９Ｂの一端側には駆動モータ１１１が設けられている。駆動モータ１１１による駆動力が、この駆動モータ１１１に連結されたプーリ１１３Ａとガイドレール１０９Ａ，１０９Ｂの他端側に設けられたプーリ１１３Ｂとの間に掛け渡されたタイミングベルト１１５に伝わり、これによりタイミングベルト１１５の所定の位置に固定されたキャリッジ１０３が搬送されるようになっている。

また、キャリッジ１０３の搬送方向に直交する方向で、鎖線で示すケース１１７の両端側には、ガイドレール１０９Ａ，１０９Ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ１１９が設けられている。これら搬送ローラ１１９は、キャリッジ１０３の下方であってキャリッジ１０３の搬送方向に直交する方向に被記録媒体Ｓを搬送するものである。

このように構成された液体噴射記録装置１００においては、搬送ローラ１１９によって被記録媒体Ｓを送りつつ、キャリッジ１０３を被記録媒体Ｓの送り方向に直交する方向に走査することにより、液体噴射ヘッド１０によって被記録媒体Ｓ上に文字および画像等が記録されるようになっている。

以下、液体噴射記録装置１００に搭載された液体噴射ヘッド１０の作用について具体的に説明する。
圧力調整室においてインクタンクから供給されたインクが一時的に貯留された後、連結部９Ａを介して流路９へと導入され、カバープレート基板５の共通インク室１７へと導かれる。そして、共通インク室１７において全ての吐出チャンネル２３Ａ内にインクが分配供給される。

この状態で、所定の吐出チャンネル２３Ａの両側壁１５の電極１６に電圧を印加すると、圧電厚みすべり効果により側壁１５がせん断変形して吐出チャンネル２３Ａ内の容積が変化する。例えば、吐出チャンネル２３Ａの両側壁１５が吐出チャンネル２３Ａの外側に向かって変形するように、すなわち、ダミーチャンネル２３Ｂの内側に向かって変形するように、分極方向に直交する一方向に電圧を印加する。これにより、吐出チャンネル２３Ａ内の容積が増加する分、吐出チャンネル２３Ａ内にインクが引き込まれる。

次に、側壁１５にかかる電圧をゼロにする。すなわち、吐出チャンネル２３Ａの両側壁１５が電圧印加前の変形がない状態になるようにする。これにより、吐出チャンネル２３Ａ内の容積が減少して圧力が増加し、ノズル孔２７からインクが吐出される。

この場合に、共通インク室１７の開口面１７Ａをほぼ閉塞する位置に、全てのスリット１９から０．８ｍｍより小さい距離（具体的には、約０．５ｍｍの距離）に平坦面を有するフィルタ５０が配置されているで、一部の隣接する吐出チャンネル２３Ａとダミーチャンネル２３Ｂとの間で圧力変動が伝播してしまう（いわゆる、クロストーク）のを効率的に抑制することができる。

これにより、図５に示すように、吐出チャンネル２３Ａ全体の吐出特性をほぼ安定させることができ、全ての吐出チャンネル２３Ａからのインクの吐出を隣接するダミーチャンネル２３Ｂの動作状態に影響されることなく行うことができる。具体的には、各吐出ノズル孔２７の吐出速度差は０．２ｍ／ｓ以下で、インク吐出量は±３％以内に抑えることができる。同図において、縦軸は吐出速度（ｍ／ｓｅｃ）を示し、横軸は吐出ノズル孔Ｎｏ．を示している。また、吐出条件は、水性染料インクを用い、吐出周波数１８ｋＨｚで全てのノズル孔２７からインクを吐出させたものである。

例えば、各吐出チャンネル２３Ａの吐出ノズル孔２７から吐出されるインクの吐出速度をほぼ等しくすることで、被記録媒体Ｓにおける文字および画像等の濃度むらの発生を防ぐことができる。

ここで、本実施形態に係る液体噴射ヘッドチップ１、液体噴射ヘッド１０および液体噴射記録装置１００の比較例として、例えば、フィルタ５０を全てのスリット１９のアクチュエータ基板３側の端部から約２ｍｍの位置に配置した場合について説明する。
この場合、図６に示すように、吐出ノズルの配列方向に周期的に吐出速度が変化する。同図によれば、ノズル孔Ｎｏ.１〜９，８１〜９７，１７７付近，２４９付近で吐出速度が大きく、ノズル孔Ｎｏ.４１付近，１２９付近，２１７〜２３３で吐出速度が小さくなっている。このように、比較例のように構成した場合には、吐出チャンネル２３Ａ全体の吐出特性を安定させることができない。

また、本実施形態においては、フィルタ５０を例示して説明したが、全てのスリット１９の端部から略一定距離に配置することができる平坦面を有する構造物であればよく、例えば、貫通孔を有する板等を採用することとしてもよい。この場合、全てのスリット１９の端部から０．８ｍｍより小さい距離に構造物を配置するのが好ましい。

また、本実施形態においては、吐出溝１３の配列方向に交互に吐出チャンネル２３Ａおよびダミーチャンネル２３Ｂが形成されていることとしたが、これに代えて、全ての吐出溝１３にカバープレート基板５のスリット１９を貫通させて吐出チャンネル２３Ａだけを形成することとしてもよい。この場合、ノズルプレート７は、すべての吐出チャンネル２３Ａに対向するピッチでノズル孔２７を形成することとすればよい。このようにすることで、全ての吐出溝１３（言い換えれば、全ての吐出チャンネル２３Ａ）からのインクの吐出を他の吐出溝１３（他の吐出チャンネル２３Ａ）の動作に影響されることなく行うことができる。

また、本実施形態においては、側壁１５にかかる電圧をゼロにし、吐出チャンネル２３Ａの両側壁１５が電圧印加前の変形がない状態になるようにする駆動方法を示したが、電圧を逆方向に印加し、吐出チャンネル２３Ａの両側壁１５が吐出チャンネル２３Ａの内側に向かって変形するように、すなわち、ダミーチャンネル２３Ｂの外側に向かって変形するように、分極方向に直交する他の一方向に電圧を印加してもよい。これにより、吐出チャンネル２３Ａ内の容積が減少して圧力が増加し、ノズル孔２７からインクが吐出される。
以上のように異なる駆動方法を説明したが、これらの方法においては、インクを安定して吐出するために、さらなるインクの加圧が必要な場合には、側壁１５を吐出するチャネル側へ突出するように変形させる。この動作によって、吐出するチャネルの内部の圧力がさらに増加するので、インクをより加圧することができる。ただし、この動作は上述したとおり、インクを安定して吐出させることを目的とするものであるので、必須な動作ではなく必要に応じて適宜使用すればよい。また、上述した各動作を必要に応じて組み合わせて実行することにより、最適なインクの吐出を実現することができる。

また、本実施形態では、液体噴射装置の一例として、インクジェット式の記録装置を例に挙げて説明したが、プリンタに限られるものではない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であっても構わない。また、本実施形態では、複数のノズル孔２７が配列方向に直線状に一列に配列されていることとしたが、これに代えて、複数のノズル孔２７が直線状に配列されてなく縦方向にずらして配列されていてもよい。例えば、複数のノズル孔２７が斜めに配列されていてもよく、あるいは、千鳥状に配列されていてもよい。また、ノズル孔２７の形状に関しても、円形に限定されるものではない。例えば、三角等の多角形状や、楕円形状や星型形状でも構わない。

また、本実施形態では、水性のインクを利用した場合を説明したが、例えば、非導電性の油性インク、ソルベントインクやＵＶインク等を用いても構わない。なお、油性インクを用いる場合には、液体噴射ヘッドチップ１は上述の、全ての吐出溝１３にカバープレート基板５のスリット１９を貫通させて吐出チャンネル２３Ａだけを形成する構成にすればよい。このように液体噴射ヘッドチップを構成することで、いかなる性質のインクであっても使い分けることができる。したがって、水性のインクを利用して記録を行うことができる。特に、導電性を有するインクであっても問題なく利用できるので、インクジェットプリンタの付加価値を高めることができる。なお、その他は同様の作用効果を奏することができる。
また、本実施形態においては、カバープレート基板５のカバープレート開口部１６が共通インク室１７とスリット１９とを備えることとしたが、例えば、カバープレート開口部１６がスリット１９を備えず全ての吐出溝１３に連通する構造としてもよい。このようにすることで、例えば、油性インクを使用する場合に液体噴射ヘッドチップ１を簡易な構成にすることができる。

また、本実施形態では、カバープレート基板５に共通インク室１７が形成されていることとしたが、参考例として、アクチュエータ基板３に共通インク室が形成されていてもよい。例えば、アクチュエータ基板３の裏面（吐出溝１３が形成された表面の反対側の面）に吐出溝１３の配列方向に延びた断面凹状の共通インク室が形成され、この共通インク室の底面に、吐出溝に連通するスリットが形成された構成であってもよい。なお、この場合、支持プレート３１の位置を入れ換えて、支持プレート３１をカバープレート基板５に重ね合わせるように配置すればよい。

本発明の一実施形態に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図である。 図１の液体噴射ヘッドの縦断面図である。 図１の液体噴射ヘッドチップの拡大断面図である。 図１の液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置の概略斜視図である。 図１の液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置におけるノズル孔Ｎｏ.と吐出速度の関係を示した図である。 本発明の一実施形態の参考例としてのノズル孔Ｎｏ.と吐出速度の関係を示した図である。

符号の説明

１ 液体噴射ヘッドチップ
９ 流路（流路部材）
１０ 液体噴射ヘッド
１３ 吐出溝（液体吐出流路）
１６ カバープレート開口部（開口部）
１７ 共通インク室（凹部）
１９ スリット
５０ フィルタ（構造物，異物除去部材）
１００ 液体噴射記録装置

Claims (6)

1. 一表面に開口し平行間隔をあけて形成された複数の液体吐出流路を有するアクチュエータ基板と、
   該アクチュエータ基板の前記一表面に接合され、該アクチュエータ基板とは反対側の表面に開口するとともに前記液体吐出流路に連通する開口部が設けられたカバープレート基板と、
   該カバープレート基板の前記開口部をほぼ閉塞する位置に前記アクチュエータ基板との接合面から略一定距離に配置される平坦面を有する構造物と
   を備える液体噴射ヘッドチップ。
2. 前記開口部が、前記アクチュエータ基板とは反対側の表面に開口面を有する凹部と該凹部から前記液体吐出流路に貫通する複数の貫通孔とを備える請求項１に記載の液体噴射ヘッドチップ。
3. 前記構造物が異物除去部材である請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドチップ。
4. 前記構造物が、前記カバープレート基板の前記アクチュエータ基板との接合面から０．８ｍｍより小さい距離に配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の液体噴射ヘッドチップ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の液体噴射ヘッドチップと、
   前記カバープレート基板の前記一表面に接合され前記開口部に液体を供給する流路を有する流路部材と
   を備える液体噴射ヘッド。
6. 請求項５に記載の液体噴射ヘッドを備える液体噴射記録装置。

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