JP2014000719A - Liquid jet head and liquid jet apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴を吐出して被記録媒体に記録する液体噴射ヘッド、この液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head that ejects liquid droplets to record on a recording medium, and a liquid ejecting apparatus using the liquid ejecting head.
近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料(以下、液体という。)を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液体を吐出する。液体の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。 In recent years, an ink jet type liquid ejecting head has been used in which ink droplets are ejected onto recording paper or the like to record characters and figures, or a liquid material is ejected onto the surface of an element substrate to form a functional thin film. In this method, ink or liquid material (hereinafter referred to as liquid) is guided from a liquid tank to a channel via a supply pipe, pressure is applied to the liquid filled in the channel, and the liquid is discharged from a nozzle communicating with the channel. . When discharging the liquid, the liquid ejecting head or the recording medium is moved to record characters and figures, or a functional thin film having a predetermined shape is formed.
図7は、この種の液体噴射ヘッド(インクジェットヘッド101)の分解斜視図である(特許文献1の図1)。インクジェットヘッド101は、液滴を吐出するための吐出口111を設けたノズルプレート112と、液体を押し出すポンプ機能を有するチャンバが複数配列するアクチュエータ110と、中央部に貫通窓を備え、アクチュエータ110が挿入されて接着剤により固定されるノズルキャップ113とを備える。インクジェットヘッド101は、更に、アクチュエータ110の各チャンバに液体を供給する流路116と、アクチュエータ110に駆動信号を伝達するフレキシブル基板117と、フレキシブル基板117に駆動信号を供給する回路基板115と、ノズルキャップ113及び回路基板115を固定するベース部材114とを備える。
FIG. 7 is an exploded perspective view of this type of liquid jet head (inkjet head 101) (FIG. 1 of Patent Document 1). The
図8は、組み立て後のインクジェットヘッド101の断面模式図である(特許文献1の図2)。アクチュエータ110の液体吐出側がノズルキャップ113の開口部に挿入され、ノズルプレート112はアクチュエータ110の吐出面及びノズルキャップ113の吐出側の外表面に接着剤により貼り付けられる。また、ノズルキャップ113と流路116及びベース部材114とは接着剤119により接着され、固定される。なお、121は弾性部材、120は温度センサー、122は熱伝導樹脂である。図8において、ノズルキャップ113の開口部の内壁面とアクチュエータ110の挿入部の外表面との間に隙間が存在するが、この隙間は、通常、接着剤119により埋め立てられている。
FIG. 8 is a schematic sectional view of the assembled inkjet head 101 (FIG. 2 of Patent Document 1). The liquid ejection side of the
ここで、アクチュエータ110は圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)セラミックスが使用され、ノズルキャップ113は金属材料、たとえばステンレスやアルミニウムが使用される。接着剤119としては硬化後の硬度の高い高硬度材料や硬化後の硬度の低い低硬度材料が使用される。低硬度材料を使用すれば、アクチュエータ110とノズルキャップ113の熱膨張差に伴う応力がアクチュエータ110に加わることを低減させることができる。しかし、硬化後の硬度が低硬度の接着剤119を使用すると、液体として溶剤系インクを使用したときに接着剤119が溶剤系インクにより溶解してノズルキャップ113からアクチュエータ110が剥がれてしまう等の不具合が発生する。そこで、ノズルキャップ113とアクチュエータ110の間は硬化後の硬度の高い高硬度の接着剤119を使用し、液体として溶剤系インクを使用しても接着剤119が劣化しないようにする。
Here, the
しかし、高硬度の接着剤119を使用してノズルキャップ113とアクチュエータ110を接着すると、ノズルキャップ113とアクチュエータ110の熱膨張差による応力がアクチュエータ110に直接印加され、アクチュエータ110が変形する。アクチュエータ110としてPZTセラミックスを使用しノズルキャップ113として熱伝導性の高いアルミニウムやステンレスを使用した場合、PZTセラミックスの線膨張係数は4〜9×10-6/℃であり、アルミニウムの線膨張係数は24×10-6/℃であり、ステンレスの線膨張係数は12〜19×10-6/℃である。そのため、接着剤119を加熱して硬化させた後に冷却したときの温度変化や駆動の際の温度変化に伴ってアクチュエータ110に応力が印加され、アクチュエータ110に接着したノズルプレート112の寸法が変化し、ノズルの位置ずれが発生する。また、高硬度の接着剤は高温で硬化するので、冷却後の熱膨張差によりアクチュエータ110にクラックが入る、あるいはアクチュエータ110が破壊するなどの不具合が発生する。
However, when the
特許文献2では、このような不具合を防止するために、PZTセラミックスの線膨張係数と略同等の線膨張係数を有するスペーサをアクチュエータ基板に積層して接着し、アクチュエータ基板の変形を抑えている。スペーサとして、例えば厚さ0.1mm〜1.5mmの石英板やアルミナ板(Al2O3)を使用する。このスペーサをアクチュエータ基板に積層して接着することにより、ノズルキャップとアクチュエータ基板の熱膨張差に基づいてアクチュエータ基板に応力が加わっても、アクチュエータ基板の変形を抑えることができる。そのために、高温で硬化する高硬度の接着剤を使用することができ、溶剤系インクに対する接着剤の耐性を向上させることができる、と記載されている。
In
特許文献3には、1サイクルで駆動することが可能な液体噴射ヘッドが記載されている。液体噴射ヘッドは、PZTの圧電材料からなるアクチュエータ基板と、その上に接合されるカバープレート基板と、アクチュエータ基板及びカバープレート基板の端面に接合されるノズルプレートを備えている。アクチュエータ基板の表面には同じ形状の複数の吐出溝が所定のピッチで並列して形成される。各吐出溝はその上部がカバープレート基板により覆われて各チャンネルを構成する。各チャンネルは、液体を吐出するための吐出チャンネルと液体を吐出しないダミーチャンネルとが交互に所定のピッチで配列し、端部に位置するダミーチャンネルとアクチュエータ基板の端部との間には溝が形成されていない。
特許文献4にはアクチュエータと流路部材の間に緩衝部材を設置した液体噴射ヘッドが記載されている。液体噴射ヘッドは、アクチュエータに形成される溝の容積を圧電体の電歪効果により瞬間的に変化させて溝に充填される液体を吐出する。液体の吐出速度はアクチュエータが持つ固有振動の影響を受け、この固有振動は、アクチュエータと流路部材やベース部材との間に介在する接着剤の硬度の変化や厚さのむらによって変化する。そこで、アクチュエータと流路部材やベース部材との間に緩衝部材を設置してアクチュエータの振動が流路部材やベース部材の影響を受けないようにし、液体の吐出速度のばらつきによる液滴の着弾地点がずれることを防止する。そして、アクチュエータとノズルキャップとして機能するベース部材との間には間隙を設けてアクチュエータの振動がベース部材に伝達されない構造としている。
溶剤系インクに対して耐性のある高硬度の接着剤は高温での硬化処理を必要とする。そのため、ノズルキャップに使用されるキャップ部材とアクチュエータ基板とをこの種の接着剤により接着すると、アクチュエータ基板の特に長手方向に大きな応力が加わり、ノズルの位置ずれが発生しやすくなる。また、この長手方向の大きな応力によりアクチュエータ基板にクラックや割れが発生しやすくなる。そのため、接着剤の硬化温度を高くすることができない、という課題があった。 High-hardness adhesives that are resistant to solvent-based inks require curing at high temperatures. For this reason, when the cap member used for the nozzle cap and the actuator substrate are bonded with this type of adhesive, a large stress is applied particularly in the longitudinal direction of the actuator substrate, and the nozzle is liable to be displaced. Further, the large stress in the longitudinal direction tends to cause cracks and cracks in the actuator substrate. For this reason, there is a problem that the curing temperature of the adhesive cannot be increased.
特許文献2では、アクチュエータ基板にアクチュエータ基板と同等の線膨張係数を有するスペーサを接着してアクチュエータ基板を補強し、ノズルキャップが膨張してもスペーサによってアクチュエータ基板が変形することを抑制する。これにより、硬化温度の高い高硬度の接着剤を使用することができる。しかし、スペーサを付加することによりアクチュエータ基板周辺の容積が増大し、重量も増加する。更に、部品点数及び製造工数も増加してコスト高となる。
In
また、特許文献4の構造のように、ノズルキャップとアクチュエータとの間のノズルプレート側に隙間が存在すると、この隙間に液体が滞留する。ノズルプレートは薄いポリイミド樹脂を使用するので半透明である。そのため、この隙間に滞留する液体が外部から見えてしまい、外観上好ましくない。これを防ぐために隙間に接着剤を充填すると、アクチュエータ基板とキャップ部材が接着剤により固定され、キャップ部材の膨張や収縮に伴ってアクチュエータ基板が変形し、ノズルの位置ずれが発生しやすくなる。
In addition, as in the structure of
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、アクチュエータ基板が温度変化してもノズルの位置ずれが発生し難い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。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus in which nozzle displacement is less likely to occur even when the temperature of an actuator substrate changes.
本発明の液体噴射ヘッドは、長手方向に複数のチャンネルが配列するチャンネル列を有し、複数の前記チャンネルが側面に開口するアクチュエータ基板と、板厚方向に貫通する貫通窓を有し、前記貫通窓に前記側面が前記貫通窓の開口面と略平行に装着され、前記アクチュエータ基板と接着剤を介して接合されるキャップ部材と、長手方向に複数のノズルが配列するノズル列を有し、複数の前記ノズルと複数の前記チャンネルとがそれぞれ連通して前記側面に接着されるノズルプレートと、前記アクチュエータ基板の外表面と前記貫通窓の内壁面との間に設置される緩衝部材と、を備えることとした。 The liquid ejecting head according to the aspect of the invention includes a channel row in which a plurality of channels are arranged in the longitudinal direction, an actuator substrate in which the plurality of channels are open on a side surface, and a through window that penetrates in the plate thickness direction. A cap member that is mounted on the window with the side surface substantially parallel to the opening surface of the through window, and is joined to the actuator substrate via an adhesive; and a nozzle row in which a plurality of nozzles are arranged in the longitudinal direction. A nozzle plate in which the nozzle and the plurality of channels communicate with each other and are bonded to the side surface, and a buffer member installed between an outer surface of the actuator substrate and an inner wall surface of the through window. It was decided.
また、前記貫通窓は、前記開口面の法線方向から見る平面視で長方形を有し、前記長方形の角部に前記長方形の外側に膨らむ逃げ部を有することとした。 Further, the through window has a rectangular shape in a plan view when viewed from the normal direction of the opening surface, and has a relief portion that bulges outside the rectangle at a corner portion of the rectangular shape.
また、前記緩衝部材は、前記アクチュエータ基板の長手方向の一方端の外表面と前記貫通窓の内壁面との間に設置されることとした。 Further, the buffer member is installed between the outer surface at one end in the longitudinal direction of the actuator substrate and the inner wall surface of the through window.
また、前記緩衝部材は、前記アクチュエータ基板の長手方向の他方端の外表面と前記貫通窓の内壁面との間に設置されることとした。 The buffer member is installed between the outer surface of the other end in the longitudinal direction of the actuator substrate and the inner wall surface of the through window.
また、前記緩衝部材は、前記アクチュエータ基板の前記側面の周囲の外表面と前記貫通窓の内壁面との間にリング状に設置されることとした。 Further, the buffer member is installed in a ring shape between the outer surface around the side surface of the actuator substrate and the inner wall surface of the through window.
また、前記緩衝部材は、前記アクチュエータ基板の長手方向の一方端又は他方端の外表面と前記内壁面との間の前記長手方向の厚みは、前記アクチュエータ基板の短手方向の一方側又は他方側の外表面と前記内壁面との間の前記短手方向の厚みと異なることとした。 Further, the buffer member may be configured such that the thickness in the longitudinal direction between the outer surface of one end or the other end in the longitudinal direction of the actuator substrate and the inner wall surface is one side or the other side in the short direction of the actuator substrate. The thickness in the lateral direction between the outer surface and the inner wall surface is different.
また、前記緩衝部材は、前記長手方向の厚みが前記短手方向の厚みよりも厚いこととした。 Moreover, the said buffer member decided that the thickness of the said longitudinal direction was thicker than the thickness of the said transversal direction.
また、前記緩衝部材は、前記キャップ部材の厚さ方向の断面が楔形状を有することとした。 Moreover, the said buffer member decided that the cross section of the thickness direction of the said cap member had a wedge shape.
また、前記緩衝部材は、前記キャップ部材の厚さ方向の幅が前記キャップ部材の厚さを超えないこととした。 Moreover, the said buffer member decided that the width | variety of the thickness direction of the said cap member did not exceed the thickness of the said cap member.
また、前記緩衝部材は、多孔質材料からなることとした。 Further, the buffer member is made of a porous material.
また、前記緩衝部材は、弾性体材料からなることとした。 Further, the buffer member is made of an elastic material.
また、前記接着剤はショア硬度が80°を下回らないこととした。 The adhesive has a Shore hardness of not less than 80 °.
本発明の液体噴射装置は、上記いずれかに記載の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。 The liquid ejecting apparatus according to the aspect of the invention includes the liquid ejecting head according to any one of the above, a moving mechanism that reciprocates the liquid ejecting head, a liquid supply pipe that supplies liquid to the liquid ejecting head, and the liquid supply pipe. A liquid tank for supplying the liquid.
本発明の液体噴射ヘッドは、長手方向に複数のチャンネルが配列するチャンネル列を有し、複数のチャンネルが側面に開口するアクチュエータ基板と、板厚方向に貫通する貫通窓を有し、貫通窓に側面が貫通窓の開口面と略平行に装着され、アクチュエータ基板と接着剤を介して接合されるキャップ部材と、長手方向に複数のノズルが配列するノズル列を有し、複数のノズルと複数のチャンネルとがそれぞれ連通して側面に接着されるノズルプレートと、アクチュエータ基板の外表面と貫通窓の内壁面との間に設置される緩衝部材と、を備える。これにより、アクチュエータ基板とキャップ部材との間の熱膨張差によりアクチュエータ基板の長手方向に応力が印加された場合でも緩衝部材がこの応力を緩和し、長手方向に配列するノズルの位置ずれを抑制することができる。 The liquid ejecting head of the present invention has a channel row in which a plurality of channels are arranged in the longitudinal direction, an actuator substrate in which the plurality of channels open on the side surface, and a through window that penetrates in the plate thickness direction. The side surface has a cap member that is mounted substantially parallel to the opening surface of the through window and is bonded to the actuator substrate via an adhesive, and a nozzle row in which a plurality of nozzles are arranged in the longitudinal direction. A nozzle plate that is in communication with the channel and bonded to the side surface; and a buffer member that is installed between the outer surface of the actuator substrate and the inner wall surface of the through window. Thereby, even when a stress is applied in the longitudinal direction of the actuator substrate due to a difference in thermal expansion between the actuator substrate and the cap member, the buffer member relieves the stress and suppresses the displacement of the nozzles arranged in the longitudinal direction. be able to.
(第一実施形態)
図1は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1の説明図であり、図1(a)が液体噴射ヘッド1の模式的な分解斜視図であり、図1(b)がノズルプレート4を除去して液滴が吐出される方向(x方向)から見る正面模式図であり、図1(c)が部分AAの縦断面模式図である。り、図1(b)が液体噴射ヘッド1の上面模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram of a
図1に示すように、液体噴射ヘッド1は、アクチュエータ基板2とキャップ部材3とノズルプレート4と第一及び第二緩衝部材20a、20bとを備える。アクチュエータ基板2はその長手方向(y方向)に複数のチャンネル6が配列するチャンネル列7を有し、複数のチャンネル6が側面SPに開口する。キャップ部材3は、その板厚方向(x方向)に貫通する貫通窓11を有し、貫通窓11にアクチュエータ基板2の側面SPが貫通窓11の開口面と略平行に装着され、アクチュエータ基板2と接着剤5を介して接合される。ノズルプレート4は、その長手方向(y方向)に複数のノズル8が配列するノズル列9を有し、複数のノズル8と複数のチャンネル6とがそれぞれ連通して側面SPに接着される。
As shown in FIG. 1, the
第一及び第二緩衝部材20a、20bは、アクチュエータ基板2の外表面GP(アクチュエータ基板2の±y側の表面)と貫通窓11の内壁面ISとの間に設置される。具体的に、第一緩衝部材20aはアクチュエータ基板2の長手方向の一方端Taの外表面GPとキャップ部材3の貫通窓11の内壁面ISとの間に、第二緩衝部材20bは他方端Tcの外表面GPと貫通窓11の内壁面ISとの間にそれぞれ設置される。
The first and
この構成により、アクチュエータ基板2とキャップ部材3との間の熱膨張差に基づいて、アクチュエータ基板2の長手方向に応力が印加される場合に、この応力は第一及び第二緩衝溝10a、10bにより緩和され、側面SPのy方向の位置ずれ、すなわちノズル8の位置ずれが抑制される。なお、第一及び第二緩衝部材20a、20bは、いずれか一方にのみ設置してもノズル8の位置ずれを抑制する効果を有する。
With this configuration, when stress is applied in the longitudinal direction of the
図1(c)に示すように、アクチュエータ基板2はその側面SPとキャップ部材3の外表面(キャップ部材3の+x側の表面)とを面一にキャップ部材3の貫通窓11に装着され、ノズルプレート4は側面SPからキャップ部材3の外表面にかけて図示しない接着剤により接着される。内壁面ISのノズルプレート4側と外表面GPとの間には接着剤5が充填され、液体の滞留しやすい空間が除去される。これにより、外観上の不具合の発生が防止される。また、図1(a)に示すように、アクチュエータ基板2の上面に供給口12を設置し、この供給口12から内部に形成される各チャンネル6に液体が供給される。アクチュエータ基板2の側面SPとは反対側(−x方向側)の後方端Tbには段差部が形成され、この段差部の上面には図示しない電極端子が形成される。
As shown in FIG. 1C, the
なお、本発明は、キャップ部材3の外表面とアクチュエータ基板2の側面SPとを面一に装着することや、ノズルプレート4の外形を側面SPよりも大きく形成することに限定されず、側面SPを貫通窓11の外表面よりも外方(+x方向)に突出させても、内方(−x方向)に引込めてもよいし、ノズルプレート4が側面SPと同じ外形であっても、また側面SPよりも小さな外形であってもよい。
The present invention is not limited to mounting the outer surface of the
アクチュエータ基板2の隣接するチャンネル6の隔壁はPZT等の圧電体材料が使用される。本実施形態ではアクチュエータ基板2としてPZTセラミックスを使用し、隣接するチャンネル6の隔壁はz方向に分極処理が施されている。各チャンネル6はx方向に細長い形状を有する。キャップ部材3として金属材料、例えばステンレスやアルミニウムを使用することができる。ノズルプレート4として合成樹脂フィルム、例えばポリイミドフィルムを使用することができる。
A piezoelectric material such as PZT is used for the partition walls of the
第一又は第二緩衝部材20a、20bとして多孔質材料を使用することができる。多孔質材料として、内部に多数の気泡や空孔が含まれる有機材料や無機材料を使用することができる。有機材料に発泡剤を混入し、加熱処理を行って発砲させることにより内部に多数の気泡が混入する多孔質材料を形成することができる。有機材料による多孔質材料は弾性係数が小さく、外部からの応力に対して収縮するので、応力緩衝部材として好適である。また、多孔質の無機材料を使用することができる。この場合に、材料自体はアクチュエータ基板2よりも硬度の高い材料を使用することができる。高硬度の無機材料に空孔が存在することにより外部からの応力に対して空孔が潰れて外部応力を吸収することができる。例えば多孔質のセラミックス材料を使用することができる。
A porous material can be used as the first or
また、第一又は第二緩衝部材20a、20bとしてアクチュエータ基板2よりも弾性係数の小さい弾性体材料を使用することができる。アクチュエータ基板2よりも弾性係数が小さい材料をキャップ部材3とアクチュエータ基板2の間に介在させてアクチュエータ基板2に印加される応力を緩和させることができる。緩衝部材としてゴム材料や合成樹脂材料を使用することができる。また、アクチュエータ基板2よりも弾性係数の小さい無機材料を使用することができる。
Further, an elastic material having an elastic coefficient smaller than that of the
キャップ部材3とアクチュエータ基板2の間に第一及び第二緩衝部材20a、20bを設置したのでアクチュエータ基板2に印加される応力が緩和される。これに伴い、高温で硬化する高硬度の接着剤5を使用することができる。例えば温度90℃〜100℃で硬化するエポキシ系樹脂を使用することが可能となる。高温で硬化させることが可能となったことに伴い、硬化後の硬度を高くすることができる。本実施形態において、接着剤5の硬化後のショア硬度が80°を下回らず、例えば85°〜90°とすることができ、溶剤系インクに対する接着剤5の耐性を向上させることができる。
Since the first and
なお、接着剤5は、硬化温度の上昇に伴って熱履歴の影響が低減する。アクチュエータ基板2とキャップ部材3とを接合した後に、接着剤5の硬化温度よりも高い温度に晒されると、その熱履歴に応じてアクチュエータ基板2に加わる応力が変化し、ノズル8の位置ずれが発生する。本発明においては接着剤5の硬化温度を高くすることができるので、この熱履歴による影響を除去することができる。また、アクチュエータ基板2の長手方向の応力が緩和されるので、キャップ部材3の材料の選択幅を広げることができる。
In addition, the adhesive 5 reduces the influence of a heat history with a raise of hardening temperature. If the
液体噴射ヘッド1は次のように動作する。図示しない液体タンクから液体が図示しない流路を介して供給口12に供給され、更に、液体は供給口12から各チャンネル6に供給され充填される。各チャンネルを離隔する隔壁はz方向に分極され、隔壁の表面には図示しない駆動電極が形成される。駆動信号が各チャンネル6の駆動電極に供給されると隔壁は厚みすべり変形してチャンネル6の容積が瞬間的に拡張し収縮する。チャンネル6の拡張の際に供給口12から液体を引き込み、収縮の際にノズル8から液滴を吐出する。なお、図1(a)においてアクチュエータ基板2の上面に供給口12が開口するが、本発明はこの供給口12の位置や形状には限定されない。また、チャンネル列7やノズル列9がアクチュエータ基板2の側面SPやノズルプレート4の長手方向(y方向)に一列に形成されるが、本発明はこれに限定されず、y方向に2列以上形成されるものであってもよい。
The
(第二実施形態)
図2(a)は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1のノズルプレート4を除去した吐出側の正面模式図であり、図2(b)は第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1の変形例である。第一実施形態と異なる部分は貫通窓11の形状であり、その他の構成は第一実施形態と同様である。従って、以下、主に第一実施形態と異なる構成について説明する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
(Second embodiment)
FIG. 2A is a schematic front view of the ejection side from which the
キャップ部材3に形成される貫通窓11は、開口面の法線方向(x方向)から見る平面視で長方形を有し、当該長方形の角部に当該長方形の外側に膨らむ第一逃げ部21a、第二逃げ部21b、第三逃げ部21c及び第四逃げ部21dを有する。図2(a)は、逃げ部21が貫通窓11の短手方向に膨らみ、図2(b)は、逃げ部21が貫通窓11の長手方向に膨らむ。
The through
アクチュエータ基板2の側面SPは貫通窓11にキャップ部材3の外表面とアクチュエータ基板2の側面SPとが面一に装着される。アクチュエータ基板2の一方端Taの外表面GPと貫通窓11の内壁面ISとの間に第一緩衝部材20aが設置され、他方端Tcの外表面GPと貫通窓11の内壁面ISとの間に第二緩衝部材20bが設置される。第一及び第二緩衝部材20a、20bは、アクチュエータ基板2の板厚方向(z方向)の長さがアクチュエータ基板2の板厚よりも長く、キャップ部材3の厚さ方向(x方向)の幅がキャップ部材3の厚さを超えない。アクチュエータ基板2の上面(+z側の外表面GP)と貫通窓11の上方(+z側)の内壁面ISとの間、及びアクチュエータ基板2の下面(−z側の外表面GP)と貫通窓11の下方(−z側)の内壁面ISとの間には接着剤5が充填され、アクチュエータ基板2とキャップ部材3とが接合される。また、内壁面ISと第一又は第二緩衝部材20a、20bとの間、及び第一又は第二緩衝部材20a、20bとアクチュエータ基板2の外表面GPとの間には図示しない接着剤5が介在し互いを固定する。
The side surface SP of the
通常、長方形の貫通窓11を円形切削工具により穿孔するので、内壁面ISの角部を直角に研削することができず、円弧状となる。角部に円弧状の内壁面ISが残っていると、アクチュエータ基板2の角部や第一又は第二緩衝部材20a、20bの角部がこの円弧状の内壁面ISに近接又は当接し、長手方向(y方向)に印加される応力が第一又は第二緩衝部材20a、20bの端部やアクチュエータ基板2の角部に集中し応力緩衝効果が低下する。そこで、第一〜第四逃げ部21a〜21dを設けることにより、長手方向に印加される応力が第一及び第二緩衝部材20a、20bの端部やアクチュエータ基板2の角部に集中することを防ぎ、第一及び第二緩衝部材20a、20bの応力緩衝効果を有効に引き出すことができる。また、第一〜第四逃げ部21a〜21dのノズルプレート4側は接着剤5が充填されるので液体が滞留せず、外観上の不具合も発生しない。
Usually, since the rectangular through
なお、第一緩衝部材20a又は第二緩衝部材20bはいずれか一方のみに設置してもよいし、第一及び第二逃げ部21a、21bと第三及び第四逃げ部21c、21dの一方側のみに形成してもよい。また、アクチュエータ基板2、キャップ部材3、ノズルプレート4、接着剤5、及び緩衝部材20の材料等については第一実施形態と同様なので説明を省略する。
In addition, the
(第三実施形態)
図3は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド1のノズルプレート4を除去した吐出側の正面模式図である。第二実施形態と異なる部分は、第三緩衝部材20cをアクチュエータ基板2の側面SPの周囲の外表面GPに設置した点であり、その他の構成は第二実施形態と同様である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a schematic front view of the discharge side from which the
図3に示すように、キャップ部材3の中央部には板厚方向(x方向)に貫通する貫通窓11が穿孔される。貫通窓11は、その開口面の法線方向(x方向)から見る平面視で長方形を有し、長方形の角部に長方形の短手方向(z方向)に膨らむ第一〜第四逃げ部21a〜21dが形成される。貫通窓11にはアクチュエータ基板2の側面SPが貫通窓11の開口面と略平行であり、キャップ部材3の+x方向の側の外表面と面一に装着される。第三緩衝部材20cは、アクチュエータ基板2の側面SPの周囲の外表面GPと貫通窓11の内壁面ISとの間にリング状に設置される。第三緩衝部材20cと外表面GPとの間、及び第三緩衝部材20cと内壁面ISとの間には接着剤5が充填され、キャップ部材3とアクチュエータ基板2とを第三緩衝部材20cを介して一体化される。
As shown in FIG. 3, a through
アクチュエータ基板2、キャップ部材3、ノズルプレート4、接着剤5及び第三緩衝部材20cの材料等については第一又は第二実施形態において説明したものと同様なので、説明を省略する。このように、アクチュエータ基板2の側面SP側の外表面GPにリング状に第三緩衝部材20cを設置したことにより、キャップ部材3とアクチュエータ基板2との間の熱膨張差によりアクチュエータ基板2に応力が印加される場合でも、この応力は第三緩衝部材20cにより緩衝され、ノズル8の位置ずれやアクチュエータ基板2の変形が抑制される。その結果、例えば90℃〜100℃で硬化する高硬度の接着剤5を使用することができ、硬化後の接着剤5のショア硬度を80°〜100°、例えば85°〜90°として溶剤系インクに対する耐性を向上させることができる。また、貫通窓11の内壁面ISと第三緩衝部材20cとの間、及び第三緩衝部材20cとアクチュエータ基板2の外表面GPとの間には接着剤5が充填されるので液体が滞留せず、外観上の不具合の発生を防止することができる。
Since the materials of the
なお、第一〜第四逃げ部21a〜21dを図2(b)に示すように長手方向の側に形成してもよいし、第一〜第四逃げ部21a〜21dの形成を省略してもよい。また、第三緩衝部材20cのx方向の幅はキャップ部材3の板厚と同程度であってもよいし、板厚よりも狭く形成してもよい。第三緩衝部材20cの幅がキャップ部材3の板厚よりも狭い場合は、第三緩衝部材20cをノズルプレート4側に寄せて設置するのが好ましい。ノズルプレート4側に液体の滞留する空間が形成されないようにするためである。
The first to
(第三実施形態の変形例)
第三実施形態の変形例を説明する。第三実施形態は、第三緩衝部材20cをアクチュエータ基板2の側面SPの周囲の外表面GPに設置し、第三緩衝部材20cの厚み(一方端Taの外表面GPと内壁面ISとの間および他方端Tcと内壁面ISとの間についてはy方向(長手方向)の厚み、±z方向(アクチュエータ基板2の短手方向の一方側及び他方側)の外表面GPと内壁面ISとの間についてはz方向(短手方向)の厚み)を同一にした。これに対し、第三実施形態の変形例は、第三緩衝部材20cの厚みについて、一方端Taの外表面GPと内壁面ISとの間および他方端Tcと内壁面ISとの間のy方向の厚みと、±z方向の外表面GPと内壁面ISとの間のz方向の厚みとを異なる厚みにした。
(Modification of the third embodiment)
A modification of the third embodiment will be described. In the third embodiment, the
好ましくは、一方端Taの外表面GPと内壁面ISとの間および他方端Tcと内壁面ISとの間のy方向の厚みを、±z方向の外表面GPと内壁面ISとの間のz方向の厚みより厚くすることが可能である。 Preferably, the thickness in the y direction between the outer surface GP of the one end Ta and the inner wall surface IS and between the other end Tc and the inner wall surface IS is set between the outer surface GP and the inner wall surface IS in the ± z direction. It is possible to make it thicker than the thickness in the z direction.
この第三実施形態の変形例を採用することによって、一方端Taの外表面GPと内壁面ISとの間および他方端Tcと内壁面ISとの間の第三緩衝部材20cが、十分な厚みを有することになる。そのため、アクチュエータ基板とキャップ部材との間の熱膨張差によりアクチュエータ基板の長手方向に応力が印加された場合でも、より効果的に緩衝部材がこの応力を緩和し、長手方向に配列するノズルの位置ずれを抑制することができる。
By adopting the modification of the third embodiment, the
(第四実施形態)
図4は本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド1の部分分解斜視図である。第一実施形態におけるアクチュエータ基板2の具体的な構造の一例を示している。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a partially exploded perspective view of the
液体噴射ヘッド1は、アクチュエータ基板2とキャップ部材3とノズルプレート4と第一緩衝部材20aとを備える。アクチュエータ基板2は、チャンネル6に充填される液体に圧力を印加する圧電体基板2aと、圧電体基板2aの上面に接合されるカバープレート2bとを備える。圧電体基板2aの上面にはその長手方向(y方向)に配列する複数のチャンネル6からなるチャンネル列7が設置される。各チャンネル6は、圧電体基板2aのノズルプレート4側の側面SPからノズルプレート4とは反対側の後方端Tbの手前まで形成される。各チャンネル6は、側面SPに開口し、側面SP側では一定の深さを有し、後方端Tb側では漸次浅く形成される。隣接するチャンネル6は隔壁15により離隔され、各隔壁15の側面には各チャンネル6を駆動するための駆動電極13が形成される。圧電体基板2aの後方端Tb側の上面には電極端子14が形成され、駆動電極13に電気的に接続する。
The
圧電体基板2aは例えばPZTセラミックスを使用することができる。カバープレート2bはPZTセラミックス、その他のセラミックス、無機材料等を使用することができる。カバープレート2bは圧電体基板2aと同等の線膨張係数を有する材料が好ましい。圧電体基板2aは板厚方向(z方向)に分極処理が施される。したがって、隔壁15もz方向に分極される。隔壁15を挟む駆動電極13に電圧が印加されると隔壁15は“く”の字状に厚みすべり変形し、チャンネル6の容積を瞬間的に変化させてチャンネル6に充填される液体に圧力を印加する。その結果、チャンネル6に充填される液体がノズルプレート4のノズル8から吐出される。
For example, PZT ceramics can be used for the
なお、各チャンネル6を後方端Tbまでストレートに形成される構造であってもよいし、各チャンネル6が液体を吐出する吐出チャンネルと液体を吐出しないダミーチャンネルとがチャンネル配列方向に交互に配置される構成であってもよく、本発明はこれらチャンネルの構造や形状に限定されない。
Each
(第五実施形態)
図5は、本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド1の部分断面模式図であり、図1に示す部分BBのxy平面に平行な断面をz方向から見る図である。アクチュエータ基板2はその長手方向(y方向)に複数のチャンネル6が配列するチャンネル列7を有する。ノズルプレート4は長手方向に複数のノズル8が配列するノズル列9を有し、複数のノズル8と複数のチャンネル6とがそれぞれ連通してアクチュエータ基板2の側面SPに接着される。キャップ部材3の内壁面ISとアクチュエータ基板2の外表面GP(長手方向の端面)との間には緩衝部材20が設置され、内壁面ISと緩衝部材20及び緩衝部材20と外表面GPの間隙には接着剤5が充填される。緩衝部材20は、キャップ部材3の厚さ方向(x方向)の断面が楔形状を有する。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a partial cross-sectional schematic view of the
緩衝部材20の断面を楔形状とすることにより、緩衝部材20を内壁面ISと外表面GPの間隙に装着することが容易となる。本実施形態では緩衝部材20の楔形状がノズルプレート4に向けて細くなる。これにより、アクチュエータ基板2の側面SPに、側面SPの外形よりも大きな外形を有するノズルプレート4を接着し、次に、アクチュエータ基板2をキャップ部材3の貫通窓11に挿入してキャップ部材3の外表面と側面SPとを面一に装着し、次に、貫通窓11の内壁面ISとアクチュエータ基板2の外表面GPとの間に緩衝部材20を装着する。緩衝部材20の断面はノズルプレート4側(+x方向)が細いので緩衝部材20を内壁面ISと外表面GPの間隙に容易に装着することができる。
By making the cross section of the
また、緩衝部材20の楔形状をノズルプレート4とは反対側に向けて細くなるようにしてもよい。この場合は、アクチュエータ基板2の側面SPにノズルプレート4を接着した後に、緩衝部材20をアクチュエータ基板2の外表面GP及びノズルプレート4の内表面に密着させて装着する。次に、アクチュエータ基板2をキャップ部材3の貫通窓11に装着する。緩衝部材20の断面はノズルプレート4とは反対側(−x方向)に向けて細いので緩衝部材20を装着したアクチュエータ基板2をキャップ部材3の貫通窓11に容易に装着することができる。
Further, the wedge shape of the
また、本実施形態においては、緩衝部材20のx方向の幅はキャップ部材3の厚みを超えない。緩衝部材20はアクチュエータ基板2がキャップ部材3の貫通窓11に装着される部分に設置されていればよい。その他、アクチュエータ基板2、キャップ部材3、ノズルプレート4、接着剤5及び緩衝部材20の材質等については他の実施形態において説明したと同様なので、説明を省略する。
In the present embodiment, the width of the
(第六実施形態)
図6は本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置30の模式的な斜視図である。液体噴射装置30は、液体噴射ヘッド1、1’を往復移動させる移動機構40と、液体噴射ヘッド1、1’に液体を供給し、液体噴射ヘッド1、1’から液体を排出する流路部35、35’と、流路部35、35’に液体を供給する液体ポンプ33、33’及び液体タンク34、34’とを備えている。各液体噴射ヘッド1、1’は複数のヘッドチップを備え、各ヘッドチップは複数のチャンネルを備え、各チャンネルに連通するノズルから液滴を吐出する。液体噴射ヘッド1、1’は既に説明した第一〜第五実施形態のいずれかを使用する。
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a schematic perspective view of a
液体噴射装置30は、紙等の被記録媒体44を主走査方向に搬送する一対の搬送手段41、42と、被記録媒体44に液体を吐出する液体噴射ヘッド1、1’と、液体噴射ヘッド1、1’を載置するキャリッジユニット43と、液体タンク34、34’に貯留した液体を流路部35、35’に押圧して供給する液体ポンプ33、33’と、液体噴射ヘッド1、1’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構40とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド1、1’、移動機構40、搬送手段41、42を制御して駆動する。
The
一対の搬送手段41、42は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体44を主走査方向に搬送する。移動機構40は、副走査方向に延びた一対のガイドレール36、37と、一対のガイドレール36、37に沿って摺動可能なキャリッジユニット43と、キャリッジユニット43を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト38と、この無端ベルト38を図示しないプーリを介して周回させるモータ39を備えている。
The pair of conveying
キャリッジユニット43は、複数の液体噴射ヘッド1、1’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4種類の液滴を吐出する。液体タンク34、34’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ33、33’、流路部35、35’を介して液体噴射ヘッド1、1’に供給する。各液体噴射ヘッド1、1’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド1、1’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット43を駆動するモータ39の回転及び被記録媒体44の搬送速度を制御することにより、被記録媒体44上に任意のパターンを記録することできる。
The
1 液体噴射ヘッド
2 アクチュエータ基板
2a 圧電体基板
2b カバープレート
3 キャップ部材
4 ノズルプレート
5 接着剤
6 チャンネル
7 チャンネル列
8 ノズル
9 ノズル列
11 貫通窓
12 供給口
13 駆動電極
14 電極端子
15 隔壁
20 緩衝部材、20a 第一緩衝部材、20b 第二緩衝部材、20c 第三緩衝部材
21 逃げ部、21a 第一逃げ部、21b 第二逃げ部、21c 第三逃げ部、21d 第四逃げ部
30 液体噴射装置
SP 側面、GP 外表面、Ta 一方端、Tb 後方端、Tc 他方端、IS 内壁面
DESCRIPTION OF
Claims (13)
板厚方向に貫通する貫通窓を有し、前記貫通窓に前記側面が前記貫通窓の開口面と略平行に装着され、前記アクチュエータ基板と接着剤を介して接合されるキャップ部材と、
長手方向に複数のノズルが配列するノズル列を有し、複数の前記ノズルと複数の前記チャンネルとがそれぞれ連通して前記側面に接着されるノズルプレートと、
前記アクチュエータ基板の外表面と前記貫通窓の内壁面との間に設置される緩衝部材と、を備える液体噴射ヘッド。 An actuator substrate having a channel row in which a plurality of channels are arranged in a longitudinal direction, and a plurality of the channels opening on a side surface;
A cap member having a through window penetrating in the plate thickness direction, the side surface of the through window being mounted substantially parallel to the opening surface of the through window, and being bonded to the actuator substrate via an adhesive;
A nozzle plate in which a plurality of nozzles are arranged in a longitudinal direction, and a plurality of the nozzles and the plurality of channels communicate with each other and are bonded to the side surfaces;
A liquid ejecting head comprising: a buffer member installed between an outer surface of the actuator substrate and an inner wall surface of the through window.
前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。 A liquid ejecting head according to claim 1;
A moving mechanism for reciprocating the liquid jet head;
A liquid supply pipe for supplying a liquid to the liquid ejecting head;
And a liquid tank that supplies the liquid to the liquid supply pipe.
Priority Applications (1)
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JP2012137605A JP2014000719A (en) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Liquid jet head and liquid jet apparatus |
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JP2015150853A (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | セイコーインスツル株式会社 | Liquid discharge device |
-
2012
- 2012-06-19 JP JP2012137605A patent/JP2014000719A/en active Pending
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