JP2012040776A

JP2012040776A - インクジェットプリントヘッド及びインクジェットプリントヘッド製造方法

Info

Publication number: JP2012040776A
Application number: JP2010184202A
Authority: JP
Inventors: Keizaburo Yamamoto; 敬三郎山本
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-08-19
Also published as: US20120044301A1; US10093099B2; US20140359985A1; JP5427730B2; US8845070B2

Abstract

【課題】ベース材にインク供給・排出用の穴を開けることなく、圧力室にインクを循環供給することで製造コストを低減するとともに、プリント配線の短絡を防止することで信頼性を高めること。
【解決手段】インクを循環供給するためのインク排出穴２５及びインク供給穴２６が設けられた平面部２２を有し、平面部２２に凹部２３が設けられたマニホールド２０と、凹部２３に嵌合されたベース材３０と、ベース材３０に積層配置され、一定方向に沿って設けられたノズル穴６１を有するノズルプレート６０と、ベース材３０とノズルプレート６０の間に配置され、複数のノズル穴６１に対応して設けられた圧力室４３と、圧力室４３の壁部を形成するとともに、圧力室４３の容積を変化させる駆動素子４２とを有するアクチュエータ４０とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、インクジェットプリンタに組み込まれるインクジェットプリントヘッド及びインクジェットプリントヘッド製造方法に関する。

インクジェットヘッドとして、圧電部材に複数の溝を並べて形成し、これら複数の溝の内面に電極を形成し、複数の溝を区画する複数の壁を架橋するようにカバーを接着したインクジェットプリントヘッドが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

図９は、このようなインクジェットプリントヘッド１００を一部切り欠いて内部を示した斜視図である。図９に示すように、インクジェットプリントヘッド１００は、ベース材１１０と、このベース材１１０の上に積層配置された枠１２０と、この枠１２０上に積層配置されたオリフィスプレート１３０とを備えている。

ベース材１１０には、２列のアクチュエータ１１１が形成されている。アクチュエータ１１１は、駆動素子（柱部）１１２と圧力室１１３とが交互に設けられており、圧力室１１３は後述するノズル１３１に対応して配置されている。駆動素子１１２は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の板材を貼り合わせて形成されている。２枚の板材は、互いに分極方向が逆向きになるように接着され、圧力室１１３の両側に隣接するように形成された支柱状に構成されている。

ベース材１１０には、アクチュエータ１１１に沿ってインク排出穴１１４とインク供給穴１１５が設けられている。インク排出穴１１４とインク供給穴１１５は、ベース材１１０の図中下方に位置するマニホールド（不図示）と連通し、圧力室１１３へインクが循環供給されている。すなわち、圧力室１１３には、内部にインクが満たされた状態となっている。

オリフィスプレート１３０には、複数のノズル１３１が二列に形成されている。各ノズル１３１は、アクチュエータ１１１の作用によりインクの液滴を吐出することができる。

図１０は、インクジェットプリントヘッド１００の要部を拡大して示す平面図である。駆動素子１１２には、ヘッド駆動用ＩＣ（不図示）からの信号を伝える配線１１６が接続されている。

このようなインクジェットプリントヘッド１００では、ヘッド駆動用ＩＣから駆動パルス電圧をプリント配線１１６を介して駆動素子１１２に印加する。これにより、左右一対の駆動素子１１２は、シェアモード変形を行って湾曲するように互いに離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室１１３の液を加圧することで、ノズル１３１から液滴が勢い良く吐出される。

特開２００９−１８５４０号公報特表２００２−５３３２４７号公報

上述したインクジェットプリントヘッドでは、次のような問題があった。すなわち、ベース板１１０にインク供給穴１１４とインク排出穴１１５を設ける必要があるため、ベース板１１０の材料は脆い材料を用いることができず、製造工程中にかかる外力を勘案すると使用部材が限定される。また、ベース材１１０に穴を多数設けるために製造コストが高くなるという問題もある。

また、図１２に示すように、プリント配線１１６がインク供給穴１１４やインク排出穴１１５を回避するため、これらインク供給穴１１４やインク排出穴１１５の近傍で狭ピッチになり、製造プロセス上困難であった。

なお、プリント配線１１６が狭ピッチになると、インクに含有されるカーボン等がプリント配線１１６に析出し成長することで隣接するプリント配線１１６と短絡する虞もある。

そこで、ベース材にインク供給・排出用の穴を開けることなく、圧力室にインクを循環供給することで製造コストを低減するとともに、プリント配線の短絡を防止することで信頼性を高めることが必要である。

インクを循環供給するためのインク供給穴及びインク排出穴が設けられた平面部を有し、この平面部に凹部が設けられた支持部材と、この支持部材の凹部に嵌合された基板と、この基板から所定距離離間して積層配置され、一定方向に沿って設けられた複数のノズル穴を有するノズルプレートと、前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、前記複数のノズル穴にそれぞれ対応して設けられた圧力室と、この圧力室の壁部を形成するとともに、圧力室の容積を変化させる圧電部材とを有するアクチュエータとを備えている。

基板に、一定方向に沿って設けられた複数の圧力室と、この圧力室の壁部を形成するとともに、圧力室の容積を変化させる圧電部材とを有するアクチュエータを接合し、前記圧電部材への配線を形成し、前記基板から所定距離離間して積層配置され、前記圧力室に対応して設けられた複数のノズル穴を有するノズルプレートを接合し、インクを循環供給するためのインク供給穴及びインク排出穴が設けられた平面部を有し、この平面部に凹部が設けられた支持部材の凹部に基板を嵌合する。

第１実施形態に係るインクジェットプリントヘッドを示す斜視図。同インクジェットプリントヘッドのノズルプレートを外した状態を示す平面図。同インクジェットプリントヘッドの製造工程を示す平面図。同インクジェットプリントヘッドの製造工程を示す平面図。同インクジェットプリントヘッドの製造工程を示す平面図。同インクジェットプリントヘッドにおけるインクの流れ方向の一例を示す説明図。同インクジェットプリントヘッドにおけるインクの流れ方向の別の例を示す説明図。第２実施形態に係るインクジェットプリントヘッドのノズルプレートを外した状態を示す平面図。インクジェットプリントヘッドの一例を一部切欠して示す斜視図。同インクジェットプリントヘッドの要部を示す平面図。

（実施形態１）
図１は第１実施形態に係るインクジェットプリントヘッド１０を示す斜視図、図２はインクジェットプリントヘッド１０のノズルプレート６０を外した状態を示す平面図である。

図１に示すように、インクジェットプリントヘッド１０は、インクの循環供給を行うための流路が形成されたマニホールド（支持部材）２０と、このマニホールド２０に接着剤等により積層配置されたベース材（基板）３０と、ベース材３０に積層配置された２列のアクチュエータ４０と、このアクチュエータ４０を取り囲む領域に配置された枠部材５０と、ベース材３０から所定距離離間して配置されたノズルプレート６０とを備えている。なお、図１中７０はインク循環供給システム、８０は駆動回路を示している。

マニホールド２０は、直方体状の本体部２１と、この本体部２１の一方の面側に形成された平面部２２と、この平面部２２の中央部に形成された凹部２３と、本体部２１の両端に設けられたブラケット２４とを備えている。ブラケット２４はインクジェットプリントヘッド１０をプリンタ本体（不図示）に取り付けるためのネジ穴２４ａが形成されている。

平面部２２には、インクを循環供給するためのインク排出穴２５及びインク供給穴２６が設けられている。インク排出穴２５及びインク供給穴２６は、マニホールド２０に接続された配管２７を介して、インク循環供給システム７０に接続されている。

平面部２２には、インク排出穴２５側とインク供給穴２６側との間を仕切る隔壁２２ａが形成されている。隔壁２２ａはアクチュエータ４０の延長線上に位置しており、端部が当接して互いに密着している。

ベース材３０は、板状に形成されており、穴が形成されていない。ベース材３０上には配線３１が形成されている。

アクチュエータ４０は、ＰＺＴ製の２枚の板材を互いに分極方向が逆向きになるように接着された圧電部４１と、この圧電部４１の延びる方向に沿って駆動素子４２と、この駆動素子４２の相互間に設けられた圧力室４３とを備えている。すなわち、駆動素子４２と圧力室４３とが交互に設けられている。駆動素子４２はノズルプレート６０の下面に当接され、支柱状に形成されている。さらに、駆動素子４２には配線３０がそれぞれ接続されている。アクチュエータ４０は、駆動回路８０から駆動素子４２に電圧を印加することで、圧力室４３を変形させることで容積を変化させ、圧力室４３の容積を内のインクを後述するノズル穴６１から吐出させる機能を有している。

枠部材５０は、図２に示すように、その両端部５１，５２がマニホールド２０の平面部２２側に突出し、インク排出穴２５及びインク供給穴２６を取り囲む領域に配置されている。枠部材５０は、ベース材３０上にインクの流路を形成する機能を有している。

ノズルプレート６０は、ポリイミド材製であり、一定方向に沿って、かつ、圧力室４３に対応する位置に設けられたノズル穴６１を有している。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１０は、次のようにして製造される。すなわち、図３に示すように、ベース材３０に、アクチュエータ４０の材料となる圧電素材Ｓを接着する。次に、ダイヤモンドカッタ等により、図４に示すように、複数の溝を形成し、圧力室４３を形成する。次に、図５に示すように、メッキ等を用いて配線３１を形成し、アクチュエータ４０を形成する。

次に、図２に示すように、枠部材５０を重ね、アクチュエータ４０を囲むとともに、その両端部５１がマニホールド２０の平面部２２側に突出し、インク排出穴２５及びインク供給穴２６を取り囲む領域に配置する。

そして、枠部材５０の上にノズルプレート６０を接合する。このとき、圧力室４３とノズル穴６１とを対向させる。そして、ベース材３０をマニホールド２０の凹部２３に嵌合する。

なお、ベース材３０とノズルプレート６０との間には所定の間隔が形成されており、アクチュエータ４０により外側流路３２，３３と内側流路３４の３つの空間に仕切られている。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１０は、次のようにしてインクの吐出を行う。すなわち、インク循環供給システム７０から配管２７を介してインクが供給される。次に、供給されたインクは、インク供給穴２６を介して内側流路３４に供給される。内側流路３４に供給されたインクは圧力室４３を通って外側流路３２，３３に流入する。外側流路３２，３３に流入したインクは、インク排出穴２５から排出され、配管２７を介してインク循環供給システム７０に戻される。図６はこのようなインクの流れを模式的に示したものである。このように連続してインクが供給されているため、圧力室４３内にはインクが満たされることとなる。

次に、駆動回路８０から配線３１を介して駆動素子４２にパルス電圧を印加する。これにより移動素子４２が変形し、圧力室４３の容積が小さくなる。これにより、インクがノズル穴６１より吐出される。

なお、平面部２２には隔壁２２ａが設けられているため、外側流路３２，３３から内側流路３４へ圧力室４３を経由せずに流入することを防止できる。

このように構成されたインクジェットプリントヘッド１０では、ベース材３０にインク排出穴２５及びインク供給穴２６等の穴を設ける必要が無いため、材料選択の自由度が上がるとともに、多数の穴を設けるための加工が不要となり、製造コストを低減できる。

また、配線３１を設ける際に、穴を回避する必要が無く、狭ピッチの箇所が発生しない。したがって、製造プロセスを簡易化することができ、製造コストを低減できる。

図７は、インクジェットプリントヘッド１０におけるインクの流れ方向の別の例を示す説明図である。すなわち、インク排出穴２５及びインク供給穴２６の位置関係を逆にしても同様の効果を得ることができる。

（実施形態２）
図８は、第２実施形態に係るインクジェットプリントヘッド１０Ａのノズルプレート６０を外した状態を示す平面図である。図８において図１と同一機能部分に同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

インクジェットプリントヘッド１０Ａは、枠部材５０の代わりに枠部材５０Ａが設けられ、マニホールド２０の平面部２２には隔壁２２ａが設けられていない。

枠部材５０Ａには、両端部５１，５２から内側に向けて突起部５３，５４が形成されている。突起部５３，５４は上述した隔壁２２ａと同じ位置に形成されるものであり、機能は同じである。したがって、インクジェットプリントヘッド１０Ａにおいても、インクジェットプリントヘッド１０と同様の効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１０Ａ…インクジェットプリントヘッド、２０…マニホールド（支持部材）、２５…インク排出穴、２６…インク供給穴、３０…ベース材（基板）、３２，３３…外側流路、３４…内側流路、４０…アクチュエータ、４２…駆動素子、４３…圧力室、５０…枠部材、６０…ノズルプレート、６１…ノズル穴、７０…インク循環供給システム、８０…駆動回路。

Claims

インクを循環供給するためのインク供給穴及びインク排出穴が設けられた平面部を有し、この平面部に凹部が設けられた支持部材と、
この支持部材の凹部に嵌合された基板と、
この基板から所定距離離間して積層配置され、一定方向に沿って設けられた複数のノズル穴を有するノズルプレートと、
前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、前記複数のノズル穴にそれぞれ対応して設けられた圧力室と、この圧力室の壁部を形成するとともに、圧力室の容積を変化させる圧電部材とを有するアクチュエータとを備えていることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
前記基板と前記ノズルプレートの間に配置され、その両端部が前記支持部材の平面部側に突出し、前記インク供給穴及びインク排出穴を取り囲む領域に配置された枠部品をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記支持部材の平面部には、前記インク供給穴側と前記インク排出穴側との間を仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
前記枠部材には、前記平面部側への突出領域において、前記インク供給穴側と前記インク排出穴側との間を仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
基板に、一定方向に沿って設けられた複数の圧力室と、この圧力室の壁部を形成するとともに、圧力室の容積を変化させる圧電部材とを有するアクチュエータを接合し、
前記圧電部材への配線を形成し、
前記基板から所定距離離間して積層配置され、前記圧力室に対応して設けられた複数のノズル穴を有するノズルプレートを接合し、
インクを循環供給するためのインク供給穴及びインク排出穴が設けられた平面部を有し、この平面部に凹部が設けられた支持部材の凹部に基板を嵌合することを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造方法。
前記配線を形成した後、前記基板と前記ノズルプレートの間で、かつ、その両端部が前記支持部材の平面部側に突出し、前記インク供給穴及びインク排出穴を取り囲む領域に枠部品を接合することを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
前記支持部材の平面部には、前記インク供給穴側と前記インク排出穴側との間を仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
前記枠部材には、前記平面部側への突出領域において、前記インク供給穴側と前記インク排出穴側との間を仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。