JP2011201170A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 Download PDF

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Abstract

【課題】流路形成基板に接合されているノズルプレートの剥離を抑制することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】複数のノズル206が穿設されたノズルプレート207と、ノズル206に連通する複数の圧力発生室202及びこれら複数の圧力発生室202が連通するマニホールド205が形成された流路形成基板201と、圧力発生室202に液滴を噴射するための圧力を付与する圧力発生手段209と、を有する複数のヘッド本体200と、ノズル206が露出される露出口301を有し各ヘッド本体200が位置決め固定される固定板300と、を具備し、固定板300に形成された露出口301の縁部がマニホールド205に対向する領域に位置している場合に、固定板300のノズルプレート207側の面に、マニホールド205に対向する露出口301の縁部を窪ませた凹部305を設ける。
【選択図】図7

Description

本発明は、液滴を噴射するヘッド本体を複数備え、これら複数のヘッド本体が固定板に位置決め固定されてなる液体噴射ヘッド及びそれを備える液体噴射装置に関する。
従来から、圧電素子、あるいは発熱素子等の圧力発生手段によって液体に圧力を付与することで、ノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られており、その代表例としては、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。
インクジェット式記録ヘッド(ユニット)としては、例えば、インク滴を噴射するノズル開口が穿設されたノズルプレートと、ノズル開口に連通する圧力発生室や複数の圧力発生室が連通するリザーバ(連通部)等の流路が形成された流路形成基板と、を有するヘッド本体を複数備え、これら複数のヘッド本体が固定板に位置決め固定されて構成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。
この構成において、固定板には各ヘッド本体のノズル開口を露出させるための露出開口部が設けられている。露出開口部は、平板状の金属材料からなる固定板を打ち抜き加工することによって形成されている。このため、露出開口部の縁部には、固定板の一方面側に突出する突出部(いわゆる「ばり」)が形成されてしまう。この突出部は、通常は、ノズルプレート側に突出するようにする。突出部が、記録用紙等の被噴射媒体側(ノズルプレートとは反対側)に突出していると、ノズルプレート表面をワイピングする際の障害になる等の問題が生じる虞があるからである。
またこの固定板の突出部を金属製のノズルプレートに食い込ませて両者を導通させることで、固定板を介してノズルプレートの静電気を除去することも行われている。
特開2005−096419号公報
ところで、ノズルプレート表面をワイピングするという観点からは、露出開口部はできるだけ大きく形成されていることが好ましい。具体的には、露出開口部の縁部が流路形成基板に形成されたマニホールド(リザーバ)の外側に位置していることが好ましい。
一方、固定板とヘッド本体とを強固に接合するという観点からは、露出開口部はできるだけ小さくして固定板とヘッド本体との接合面積を十分に確保することが好ましい。具体的には、露出開口部の縁部が流路形成基板に形成されたマニホールド(リザーバ)の内側に位置していることが好ましい。
これらのバランスを考慮すると、露出開口部の縁部をマニホールド(リザーバ)に対向する位置に設ける必要性が生じる。つまり露出開口部の縁部をマニホールドに対向する位置に設けることで、ノズルプレート表面を良好にワイピングすることができ、且つ固定板と各ヘッド本体との接合強度も十分に確保することができる。
しかしながら、このような構成とすると、製造過程等においてノズルプレートが流路形成基板から剥離してしまうという問題が生じる虞がある。流路形成基板に設けられるマニホールド(連通部)は、複数の圧力発生室が連通する比較的広い空間であり、ノズルプレートがその一方面を構成している。このため、上述のように固定板に突出部が形成されていると、固定板にヘッド本体を接合する際等に突出部によってノズルプレートの連通部に対向する部分に、マニホールドの内側に向かって押圧する力が働き、それに伴い、マニホールドの周囲のノズルプレートには逆方向の力が働く。つまりノズルプレートのマニホールドに対向する領域の外側に、ノズルプレートを流路形成基板から剥離する方向の力が作用してしまう。これによりノズルプレートが流路形成基板から剥離してしまう虞がある。
また製造過程においては、ノズルプレートが流路形成基板から剥離しなかったとしても、突出部でノズルプレートのマニホールドに対向する部分が押し上げられた状態が続くと、製品完成後にノズルプレートが流路形成基板から徐々に剥離してしまう虞もある。
なお、このような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液滴を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、流路形成基板に接合されているノズルプレートの剥離を抑制することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明は、複数のノズルが穿設されたノズルプレートと、前記ノズルに連通する複数の圧力発生室及びこれら複数の圧力発生室が連通するマニホールドが形成された流路形成基板と、前記圧力発生室に液滴を噴射するための圧力を付与する圧力発生手段と、を有する複数のヘッド本体と、前記ノズルが露出される露出口を有し各ヘッド本体が位置決め固定される固定板と、を具備し、前記固定板に形成された前記露出口の縁部が前記マニホールドに対向する領域に位置しており、前記固定板の前記ノズルプレート側の面には、前記マニホールドに対向する前記露出口の縁部を窪ませた凹部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる本発明では、固定板によってマニホールドに対向する部分のノズルプレートが押圧されることがなくなる。したがって、それに伴って生じるノズルプレートの剥離を防止することができる。
ここで、前記ノズルプレートが金属材料で形成されており、前記凹部が、前記露出口の縁部の前記マニホールドに対向する部分のみに設けられていることが好ましい。これにより、露出口の縁部の凹部以外の部分でノズルプレートと固定板とを比較的容易に導通させることができる。
また前記固定板の前記ノズルプレートとは反対側の面には、前記露出口の縁部を面取りした面取り部が設けられていることが好ましい。これにより、クリーニング動作時に、ノズルプレートの表面を払拭するためのクリーニングブレードが固定板に引っかかるといった問題が生じることがなくなる。
また前記凹部内には、前記ヘッド本体と前記固定板とを接合するための接着剤が充填されているか、或いは撥水膜が設けられていることが好ましい。これにより、ノズルから噴射された液体が凹部内に溜まることがなく、凹部に溜まった液体によって被噴射媒体を汚すといった問題の発生を防止することができる。
さらに本発明は、このような液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる本発明では、耐久性や信頼性等を向上した液体噴射装置を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの組立斜視図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの要部断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッド本体の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッド本体の断面図である。 本発明の一実施形態に係る固定板の平面図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの概略斜視図である。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は、インクジェット式記録ヘッドの組立斜視図であり、図3は、その要部断面図である。
図示するように、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド1(以下、単に「記録ヘッド」という)は、カートリッジケース100と、インクジェット式記録ヘッド本体200(以下、単に「記録ヘッド本体」という)と、複数の記録ヘッド本体200が位置決め固定される固定板300とで構成されている。
カートリッジケース100は、例えば、樹脂材料で形成され、各色のインクが貯留されたインクカートリッジ(図示なし)がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部101を有する。また、カートリッジケース100の底面側には、一端が各カートリッジ装着部101に開口し、他端が記録ヘッド本体200側に開口する複数のインク連通路102が設けられている。さらに、カートリッジ装着部101のインク連通路102の開口部分には、インクカートリッジに挿入されるインク供給針103が固定されている。
カートリッジケース100の底面には、所定間隔で位置決めされた複数(例えば、4個)の記録ヘッド本体200が固定されている。各記録ヘッド本体200は各色のインクに対応してそれぞれ設けられており、固定板300に接着固定されることにより互いに位置決めされた状態でカートリッジケース100の底面に固定されている。
ここで、記録ヘッド本体200の構成について説明する。図4は、記録ヘッド本体の分解斜視図であり、図5は、記録ヘッド本体の断面図である。
図4及び図5に示すように、記録ヘッド本体200を構成する流路形成基板201には、複数の圧力発生室202が流路形成基板201を厚さ方向に貫通して設けられている。例えば、本実施形態では、流路形成基板201に、圧力発生室202が幅方向に並設された列が2列形成されている。また、各列の圧力発生室202の長手方向(圧力発生室の並設方向とは直交する方向)外側には連通部203が形成されている。この連通部203は、各列を構成する複数の圧力発生室202に対応する領域に連続的に設けられている。各圧力発生室202は、各圧力発生室202に対応して設けられるインク供給路204を介して連通部203に連通している。この連通部203は、後述する保護基板に設けられたマニホールド部と連通して各圧力発生室202の共通のインク室となるマニホールド205を構成する。
流路形成基板201の一方面側には、各圧力発生室202に連通する複数のノズル206が穿設されたノズルプレート207が接合されている。ノズルプレート207の材料は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、ステンレス鋼(SUS)を用いている。流路形成基板201の他方面側には弾性膜208が形成されている。本実施形態では、流路形成基板201がシリコン基板からなり、弾性膜208は酸化シリコンからなる。この弾性膜208上には、圧力発生室202内にノズル206からインク滴を噴射するための圧力を付与する圧力発生手段としての圧電素子209が設けられている。圧電素子209は、図示は省略するが、弾性膜208上に設けられた下電極と圧電体層と上電極とで構成されている。
このような圧電素子209が形成された流路形成基板201上には、圧電素子209を保護するための圧電素子保持部210を有する保護基板211が接合されている。この保護基板211には、上述したように流路形成基板201の連通部203と連通されて各圧力発生室202の共通のインク室となるマニホールド205を構成するマニホールド部212が形成されている。
保護基板211上には、各圧電素子209を駆動するための駆動IC213が実装されている。この駆動IC213の各端子は、図示しないが、ボンディングワイヤー等を介して各圧電素子209の個別電極から引き出されたリード電極と接続されている。そして、駆動IC213の各端子には、図4に示すような、フレキシブルプリントケーブル(FPC)等の外部配線214が接続され、この外部配線214を介して印刷信号等の各種信号が供給されるようになっている。
また保護基板211上のマニホールド205に対応する領域にはコンプライアンス基板215が接合されている。このコンプライアンス基板215には、マニホールド205に対応する領域に、他の領域よりも厚さが薄い可撓部216が設けられており、マニホールド205内の圧力変化が、この可撓部216が変形することで吸収されるようになっている。また、コンプライアンス基板215には、マニホールド205に連通するインク導入口217が形成されている。
コンプライアンス基板215上には、このインク導入口217に連通すると共にカートリッジケース100のインク連通路102に連通するインク供給連通路218が設けられたヘッドケース219が接合されている。そして、これらインク連通路102、インク供給連通路218及びインク導入口217を介してインクがマニホールド205内に供給されるようになっている。またこのヘッドケース219には、駆動IC213に対向する領域に、厚さ方向に貫通する駆動IC保持部220が設けられており、図示しないが、この駆動IC保持部220内には各駆動IC213を覆うようにポッティング剤が充填される。
このような構成の記録ヘッド本体200では、マニホールド205からノズル206に至るまで内部をインクで満たした後、駆動IC213からの記録信号に従い、圧力発生室202に対応するそれぞれの圧電素子209に電圧を印加し、弾性膜208及び圧電素子209をたわみ変形させて各圧力発生室202内のインクに圧力を付与することにより、ノズル206からインク滴が噴射する。
そして記録ヘッド1は、このような記録ヘッド本体200が、複数個(本実施形態では4個)、所定間隔で互いに位置決めされた状態で固定板300に固定されてなる。固定板300には、ノズル206を露出する露出口301が、各記録ヘッド本体200に対応して設けられている。すなわち固定板300は、各記録ヘッド本体200の間に対応する部分に梁部302を有し、露出口301が各記録ヘッド本体200に対応して形成されている(図2参照)。このような梁部302を有する固定板300に、各記録ヘッド本体200のノズルプレート207側の面が接着剤によって接合されている。なお、固定板300の梁部302は、記録ヘッド本体200間にインクが侵入するのを防止するための役割を果たす。また梁部302により、各記録ヘッド本体200のノズルプレート207の周囲に接着領域が確保されるため、各記録ヘッド本体200が固定板300に強固に固定される。
また固定板300の周縁部には側壁部303が設けられている。すなわち本実施形態に係る固定板300は、一方面側が開口する略箱形に形成されており、側壁部303によって画成される空間部304を有する(図1参照)。そして、各記録ヘッド本体200のノズルプレート207は、固定板300の空間部304の底面に接着固定されている。
図6は、固定板の平面図であり、図7は、図6のA−A′線及びB−B′線に対応する部分の記録ヘッドの断面図である。
ここで固定板300に形成された露出口301の縁部は、図6及び図7に示すように、流路形成基板201に形成された連通部(マニホールド)に対向する領域に位置している。そして、固定板300のノズルプレート207側の面には、マニホールド205に対向する露出口301の縁部を窪ませた凹部305が設けられている。本実施形態では、この凹部305が、露出口の縁部の全周に亘って設けられることなく、マニホールド205に対向する部分のみに設けられている。
また固定板300の露出口301の縁部には、凹部305に対応する部分を除いて、ノズルプレート207側に突出する突出部306が形成されている。例えば、本実施形態では、突出部306は、ノズルの列方向における露出口301の縁部に設けられている。固定板300の露出口301は、例えば、プレス加工により固定板300が打ち抜かれることによって形成される。その際に生じるいわゆる「ばり」が、露出口301の縁部に突出部306として存在している。
凹部305は、打ち抜き加工により露出口301を形成後、さらに固定板300をプレス加工することによって形成されている。このとき突出部306は潰されるため、凹部305内には突出部306が存在しない。また、打ち抜き加工により露出口301を形成していることで、ノズルプレート207とは反対側の面には、露出口301の縁部を面取りした面取り部307が設けられている。つまり打ち抜き加工により露出口301を形成する際に、その角部がだれることによって面取り部307が形成されている。
そして固定板300に記録ヘッド本体200のノズルプレート207を接着剤350によって接合する際、固定板300の突出部306がノズルプレート207のマニホールド(連通部)の外側の領域に食い込むことになる。これにより、ノズルプレート207が固定板300と電気的に接続される。したがって、ノズルプレート207に溜まった静電気を、固定板300を介して良好に除去することができる。
これに対し、マニホールド205に対向する露出口301の縁部には凹部305が設けられているため、ノズルプレート207のマニホールド205に対向する部分には、突出部306が当接することはない。したがってノズルプレート207のマニホールド205に対向する部分に、固定板300によってマニホールド205の内側に向かって押圧する力が働くことはなく、ノズルプレート207のマニホールド205に対向する部分の外側の領域にも、逆方向の力が働くことはない。したがって、ノズルプレート207が流路形成基板201から剥離してしまうのを防止することができる。
また固定板300の凹部305内には、図8(a)に示すように、記録ヘッド本体200と固定板300とを接合するための接着剤350が充填されるようにしてもよい。或いは、図8(b)に示すように、凹部305内の表面に、撥液性(撥インク性)を有する材料からなる撥水膜310を設けるようにしてもよい。このような構成とすることで、ノズルからインク滴を噴射した際に発生するインクミストがこの凹部305内に溜まってしまうことを防止することができる。
そして、このような構成の記録ヘッド1は、インクジェット式記録装置に搭載される。図9は、インクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図9に示すように、記録ヘッド本体を有する記録ヘッド1には、インク供給手段を構成するカートリッジ2が着脱可能に設けられてキャリッジ3に搭載される。記録ヘッド1が搭載されたキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッド1が搭載されたキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8上を搬送されるようになっている。
また、キャリッジ3のホームポジションに対応する位置、すなわち、キャリッジ軸5の一方の端部近傍には、記録ヘッド1のノズルが開口するノズル面を封止するキャップ部材9が設けられている。なおキャップ部材9にはその内部を吸引する吸引手段(図示なし)が接続されている。本実施形態では、キャップ部材9は、上述した各記録ヘッド本体200に対応して複数(4つ)設けられている。これらのキャップ部材9は、各記録ヘッド本体200のノズル面を封止することにより、記録ヘッド1のノズル近傍のインクの乾燥を防止すると共に、例えば、ノズルからインク滴を噴射させるフラッシング動作、あるいは、所定のタイミングで吸引手段によってキャップ部材9の内部を吸引してノズルからインク等を強制的に排出させる吸引動作時等のインク受けとして機能するものである。
このようなキャップ部材9によって記録ヘッド1を構成する各記録ヘッド本体200のノズル面を封止しようとすると、各記録ヘッド本体200間に、キャップ部材9が当接するためのスペースが確保されている必要がある。本実施形態の構成では、記録ヘッド本体200のノズル面に含まれる固定板300の梁部302に、キャップ部材9が当接することになるため、梁部302の幅が比較的広く確保されている必要がある。本発明では、上述したように、固定板300に形成される露出口301の縁部がマニホールド205に対向する位置にあり、梁部302の幅が比較的広く確保されるため、キャップ部材9が各記録ヘッド本体200に対応して設けられていても、各記録ヘッド本体200のノズル面を良好に封止することができる。
さらに、このようなキャップ部材9に隣接して、記録ヘッド1のノズル面をクリーニング(ワイピング)するためのクリーニングブレード10が設けられている。そして、所定のタイミングでキャリッジ3を移動させることにより、記録ヘッド1のノズル面にクリーニングブレード10の先端部を摺接させ、ノズル面(ノズルプレート207の表面)を払拭するクリーニング動作が実行される。このとき、固定板300の露出口301が小さいと、クリーニングブレード10によってノズルプレート207の表面を良好に払拭することができない虞がある。しかしながら本発明では、上述したように固定板300に形成される露出口301の縁部がマニホールド205に対向する位置にあり、露出口301が比較的広く確保されている。したがって、クリーニングブレード10によってノズルプレート207の表面を良好に払拭することができる。さらに、上述したように本実施形態では、露出口301の縁部に面取り部307が設けられていることで、クリーニングブレード10が固定板300に引っかかることがなく、クリーニング動作を良好に実施することができる。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、固定板の露出口の縁部の一部に凹部が設けられ、それ以外の部分に突出部が設けられた構成を例示したが、固定板の構成はこれに限定されるものではない。例えば、突出部は必ずしも設けられていなくてもよく、露出口の全周に亘って凹部が設けられていてもよい。なおこのような構成とする場合には、ノズルプレートの静電気を除去するために、他の部分でノズルプレートと固定板とを電気的に接続しておくことが好ましい。例えば、ノズルプレートの外周部に、固定板側に向かって突出する突出部(いわゆる「ばり」)が形成されるようにし、この突出部でノズルプレートと固定板とが電気的に接続されるようにしてもよい。
さらに、上述の実施形態では、固定板の凹部がプレス加工で形成されているため、凹部内には突出部が存在しないが、ノズルプレートに当接しない程度の高さであれば、凹部内に突出部が存在していてもよい。
また、上述した実施形態では、圧力発生室内の液体に圧力を付与する圧力発生手段として、撓み振動型の圧電素子を例示したが、圧力発生手段は、特に限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子であってもよいし、発熱素子等であってもよい。
なお、上述の実施形態では、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドを例示して本発明を説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)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を挙げることができる。
1 インクジェット式記録ヘッド、 100 カートリッジケース、 101 カートリッジ装着部、 102 インク連通路、 103 インク供給針、 200 インクジェット式記録ヘッド本体、 201 流路形成基板、 202 圧力発生室、 203 連通部、 205 マニホールド、 206 ノズル、 207 ノズルプレート、 208 弾性膜、 209 圧電素子、 211 保護基板、 215 コンプライアンス基板、 219 ヘッドケース、 300 固定板、 301 露出口、 302 梁部、 303 側壁部、 304 空間部、 305 凹部、 306 突出部、 307 面取り部、 310 撥水膜、 350 接着剤

Claims (6)

  1. 複数のノズルが穿設されたノズルプレートと、前記ノズルに連通する複数の圧力発生室及びこれら複数の圧力発生室が連通するマニホールドが形成された流路形成基板と、前記圧力発生室に液滴を噴射するための圧力を付与する圧力発生手段と、を有する複数のヘッド本体と、前記ノズルが露出される露出口を有し各ヘッド本体が位置決め固定される固定板と、を具備し、
    前記固定板に形成された前記露出口の縁部が前記マニホールドに対向する領域に位置しており、
    前記固定板の前記ノズルプレート側の面には、前記マニホールドに対向する前記露出口の縁部を窪ませた凹部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
  2. 前記ノズルプレートが金属材料で形成されており、
    前記凹部が、前記露出口の縁部の前記マニホールドに対向する部分のみに設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
  3. 前記固定板の前記ノズルプレートとは反対側の面には、前記露出口の縁部を面取りした面取り部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体噴射ヘッド。
  4. 前記凹部内には、前記ヘッド本体と前記固定板とを接合するための接着剤が充填されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
  5. 前記凹部内には、撥水膜が設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
  6. 請求項1〜5の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
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