JP2014076574A - 液滴吐出ヘッドおよびそれを備えた液滴吐出装置ならびにインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴の着弾位置がばらつかないで、正確に着弾させることのできる動作信頼性に優れた高品質の液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】プレス加工により多数のノズル孔２を列状に形成したノズル孔列を有するオリフィスプレート１を備え、被着体に対して前記ノズル孔２から液滴を吐出して前記被着体に着弾する液滴吐出ヘッドにおいて、前記オリフィスプレート1のノズル孔列の両端部側に、前記ノズル孔２の開口方向を揃えるためのダミー打点部２１を多数個形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドなどの液滴吐出ヘッドに係り、特にその液滴吐出ヘッドに用いられるオリフィスプレートの構成に関するものである。

インクジェット記録ヘッドによる印刷は、民生用はもとより、産業用途においても高画質出力が要求されるようになっており、大型の看板やポスター印刷の分野でもオンデマンド印刷の要求が多く、オンデマンド型インクジェット記録装置が多く用いられるようになっている。

これらの用途のインクジェット記録装置においても、装置の小型化、低コスト化が要求されており、インクジェット記録ヘッドについては、ノズル実装密度、すなわちノズル孔列におけるノズル孔間隔の縮小、および複数のノズル孔列の列間距離の縮小によるインクジェット記録ヘッドの小型化、および多ノズル化が要求されている。

さらに近年、液晶ディスプレイや配線パターンニングなどの形成手段としてインクジェット記録ヘッドを用いて、特殊溶液を吐出する形成手段での用途が高まりつつある。このようなパターンニングには、吐出して着弾した液滴位置のバラツキを抑えるために、高精度に形成されたノズル孔を有するオリフィスプレートが要求されてきている。

図５は、一般的なインクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。
図５において符号１は多数のノズル孔２を列状に形成したオリフィスプレートであり、ノズル孔２の加工精度はインクジェット記録ヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼす。多数のノズル孔２間において、ノズル孔精度のバラツキを低く抑えるため、オリフィスプレート１の製法は高い加工精度が要求される。そのためオリフィスプレート１は、ステンレス鋼板の精密プレス法などにより形成される。

このオリフィスプレート１に、各ノズル孔２に対応した圧力室３が形成されたチャンパプレート４、および共通インク通路５と圧力室３を連結して圧力室３へのインクの流入を制御するリストリクタ６を形成したリストリクタプレート７を位置決めして接合する。

さらに、圧電素子（圧力発生源）８の変位を効率良く圧力室３に伝えるための振動板９と、共通インク通路５からリストリクタ６に流入するインク中のゴミなどを取り除くフィルタ１０を形成した弾性を有するダイアフラムプレート１１と、共通インク通路５を形成したハウジング１２を同じように位置決めして接合する。

前記チャンパプレート４、リストリクタプレート７、ダイアフラムプレート１１は、ステンレス鋼板のエッチング加工法またはニッケル電鋳加工法などにより形成される。

前記ハウジング１２はステンレス材の切削加工法などにより形成され、図示しないインクタンクからインクを共通インク通路５まで導くインク導入パイプ１３が接合されている。またハウジング１２の所定の箇所には圧電素子８が格納される圧電素子格納部１４が形成されている。

圧電素子８は、多数の積層圧電振動子１５と、それを固定する導体パターン部を有する非導電性の固定部材１６から構成されている。分割された積層圧電振動子１５は、個々の圧力室３と対応するように配列されている。それぞれの積層圧電振動子１５に図示しないドライバＩＣから独立した電気信号を送るための個別電極および共通電極からなる外部電極１７が形成されている。

この圧電素子８の外部電極１７が形成された側面には、ドライバＩＣを搭載したＦＰＣケーブルからなる中継配線部材１８が接続固定されている。さらに中継配線部材１８は、図示しない上位装置に接続されている。

前記オリフィスプレート１、チャンパプレート４、リストリクタプレート７、ダイアフラムプレート１１ならびにハウジング１２からインク流路ユニット１９が構成されている。また、このインク流路ユニット１９、圧電素子８ならびに中継配線部材１８からヘッド部本体が構成されている。

前記上位装置からの電気信号は、中継配線部材１８のドライバＩＣならびに外部電極１７を介して圧電素子８に印加されることで積層圧電振動子１５に歪が生じ、それによって振動板９が振動し、圧力室３の内圧が変動して、圧力室３内のインクがノズル孔２から液滴となって吐出する仕組みになっている。

図６は、このインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の全体構成を示す概略構成図である。
図６に示すように、用紙供給部３１から高速で繰り出された連続した被記録媒体(連続用紙)３２はインクジェット記録部３３で所望の画像が印刷され、用紙回収部３４で巻き取り回収される。

インクジェット記録部３３は、インクジェット記録装置の本体側に設置されたインクタンク３５、被記録媒体３２上でその幅方向に延びた直動ガイド３６、その直動ガイド３６に沿って被記録媒体３２の幅方向（Ｘ方向）に高速で往復移動するキャリッジ３７ならびにケーブルペア（登録商標）３８などを備えている。

キャリッジ３７の被記録媒体３２と対向する平面部３９には、図５に示すインクジェット記録ヘッド４０が前記オリフィスプレート１を下側にして複数個千鳥状に配置・固定されている。図中の符号４１は、インクタンク３５とケーブルペア３８の間、ならびにケーブルペア３８と各インクジェット記録ヘッド４０の間を結ぶフレキシブルなインク供給チューブである。また、符号Ｙは被記録媒体３２の搬送方向である。

なお、インクジェット記録ヘッドに使用するオリフィスプレートに関する先行技術文献として、例えば特開平１１−３２０８８８号公報（特許文献１）や特開２００３−３４１０６９号公報（特許文献２）などを挙げることができる。

特開平１１−３２０８８８号公報 特開２００３−３４１０６９号公報

図７は、従来のオリフィスプレート１の一部を示す拡大平面図であり、オリフィスプレート１の所定位置には多数の貫通したノズル孔２が列状に形成されている。図中の符号２０はノズル孔形成領域を示している。

図８は、精密プレス法でノズル孔２を列状に形成した従来のオリフィスプレート１の端部の変位を測定した結果を示す変位測定図である。変位の測定はＮＨ_３レーザー測定器を用いて行い、ノズル孔列の最端部のノズル孔２ａから外側に２ｍｍ離れた位置から測定を開始し、測定間隔は０．０１ｍｍとした。図中のＡはオリフィスプレート１の変位開始点を、Ｂは測定した各変位点を結んで描いた変位線である。また、太線で示した線分は穿設したノズル孔２の開口方向を示している。

この図から明らかなように、プレス加工によりオリフィスプレート１に多数のノズル孔２を列設した場合、オリフィスプレート１は変位開始点Ａからオリフィスプレート１の内側に行くに従って凸状に湾曲し（変位線Ｂ参照）、その湾曲部に形成されているノズル孔２ａ〜２ｃの開口方向は垂直方向を向いておらず、斜めになっている。ノズル孔２の開口方向が略垂直方向を向くのはノズル孔２ｄより内側のノズル孔２である。
この図８の測定例では、変位開始点Ａから前記ノズル孔２ａまでは１ｍｍしか離れていない。

オリフィスプレート１の他方の端部においても凸状に湾曲した湾曲部が形成され、その湾曲部上に設けられた複数のノズル孔の開口方向も傾斜していることが確認されている。

このようにノズル孔列の両端部にある複数のノズル孔は垂直方向を向いておらず、斜めになっているから、そのノズル孔を使用した場合に液滴の着弾位置がばらついてしまい、高品質の画像が得られないという問題がある。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、液滴の着弾位置がばらつかないで、正確に着弾させることのできる動作信頼性に優れた高品質の液滴吐出ヘッドおよびそれを備えた液滴吐出装置ならびにインクジェット記録装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、
プレス加工により多数のノズル孔を列状に形成したノズル孔列を有するオリフィスプレートを備え、例えば被記録媒体などの被着体に対して前記ノズル孔から液滴を吐出して前記被着体に着弾する液滴吐出ヘッドにおいて、
前記オリフィスプレートのノズル孔列の両端部側に、前記ノズル孔の開口方向を揃えるために、前記プレス加工時に形成する、例えば後述するダミー凹部やダミー貫孔などからなるダミー打点部を多数個形成したことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記ノズル孔ならびにダミー打点部が、前記オリフィスプレートの同じ側、例えば上面側から形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、
前記多数のダミー打点部が、前記ノズル孔列と同じ方向に列状に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第３の手段において、
前記ダミー打点部列が、前記ノズル孔列と同一線上に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１ないし第４のいずれかの手段において、
前記ダミー打点部は、前記オリフィスプレートの上面から下面に貫通していないダミー凹部からなることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第１ないし第５のいずれかの手段において、
前記オリフィスプレートのノズル孔列の両端部側に多数のダミー打点部を形成することにより、前記両端部側に凸状に湾曲した湾曲部がそれぞれ形成され、両湾曲部の間に水平部が形成されて、
前記水平部内に全てのノズル孔が形成されるように、前記ダミー打点部の形成領域が設定されていることを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は、
液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、
前記液滴吐出ヘッドが前記第１ないし第６のいずれかの手段の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は、
多数のノズル孔を列状に形成したノズル孔列を有するオリフィスプレートを備えたインクジェット記録ヘッドから、被記録媒体に対してインク滴を吐出して前記被記録媒体に着弾するインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置において、
前記インクジェット記録装置が第７の手段の液滴吐出装置であることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、液滴の着弾位置がばらつかないで、正確に着弾させることのできる高品質の液滴吐出ヘッドおよびそれを備えた液滴吐出装置ならびにインクジェット記録装置を提供することができる。

本発明の実施例に係るオリフィスプレートの一部を示す拡大平面図である。 精密プレス法でノズル孔ならびにダミー凹部を列状に形成した本発明の実施例に係るオリフィスプレートの端部の変位を測定した結果を示す変位測定図である。 そのオリフィスプレートに形成されたノズル孔付近の拡大断面図である。 そのオリフィスプレートに形成されたダミー凹部付近の拡大断面図である。 一般的なインクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。 そのインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の全体構成を示す概略構成図である。 従来のオリフィスプレートの一部を示す拡大平面図である。 精密プレス法でノズル孔を列状に形成した従来のオリフィスプレートの端部の変位を測定した結果を示す変位測定図である。

次に本発明の実施例を図面と共に説明する。
本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドならびにインクジェット記録装置の構成は、図５ならびに図６に示すものと同じであるからこれらの重複する説明は省略する。

図１は本発明の実施例に係るオリフィスプレート１の一部を示す拡大平面図、図２は精密プレス法でノズル孔２ならびにダミー凹部２１を列状に形成した本発明の実施例に係るオリフィスプレート１の端部の変位を測定した結果を示す変位測定図、図３はそのオリフィスプレート１に形成されたノズル孔２付近の拡大断面図、図４はそのオリフィスプレート１に形成されたダミー凹部２１付近の拡大断面図である。

図１に示すように、オリフィスプレート１の所定位置には多数のノズル孔２が列状に形成されており、符号２０はそのノズル孔形成領域を示している。このノズル孔列の両端部には、ノズル孔列と同一直線上に複数個（本実施例では図２に示すように１０個）のダミー凹部２１が列状に形成されている。符号２２はそのダミー凹部形成領域を示している。

オリフィスプレート１の素材にはステンレス鋼板が用いられ、ノズル孔２ならびにダミー凹部２１は精密プレス法により、パンチとそれを受けるダイによって形成される。ダミー凹部２１の平面形状は、ノズル孔２と同様に円形である（図１参照）。

ノズル孔２とダミー凹部２１はオリフィスプレート１の同じ側（本実施例ではオリフィスプレート１の上面側）から形成されており、ノズル孔２は図３に示すようにオリフィスプレート１の上面から下面に向けて貫通しているが、ダミー凹部２１は図４に示すようにオリフィスプレート１の上面から厚さ方向の中間位置まで延びており、貫通孔にはなっていない。図１では、ノズル孔２は貫通しているため○印で示し、ダミー凹部２１は貫通していないため●印で示している。

図２に示したオリフィスプレート１の変位測定は、図８で説明した従来のオリフィスプレート１の変位測定と同一条件で行った。
図２に示されているように、ノズル孔形成領域２０の端部に、複数個のダミー凹部２１からなるダミー凹部形成領域２２が形成されており、そのダミー凹部形成領域２２内に付している太線の線分はダミー凹部２１の開口方向を示している。

変位開始点Ａからオリフィスプレート１の内側に行くに従って凸状に湾曲しているが（変位線Ｂ参照）、その湾曲部より少し内側に入ると（正確には変位開始点Ａから内側に２ｍｍ以上入ると）変位線Ｂは略水平になっている。

そしてオリフィスプレート１の変形開始点Ａからノズル孔列の最端部のノズル孔２ａまでは２ｍｍ離れており、ダミー凹部形成領域２２内に形成されているインクの吐出に関与しないダミー凹部２１の開口方向は斜めになっているが、インクの吐出に関与するノズル孔２はノズル孔列の最端部のノズル孔２ａから開口方向は垂直方向を向いている。

本実施例では、変形開始点Ａから前記最端部のノズル孔２ａまでの距離を従来よりも２倍延ばすことができた。なお、オリフィスプレート１の他方の端部においても図２に示すような測定結果であることが確認されている。

このようにノズル孔列の最端部のノズル孔２ａから全て垂直方向を向いており、従って各ノズル孔から吐出した液滴の着弾位置がばらつくことがなくなり、その結果高品質の画像を得ることができる。

本実施例では、オリフィスプレート１に対するダミー打点部として貫通しないダミー凹部２１を形成したが、ダミー打点部として貫通したダミー孔部を形成することも可能である。
ところが、インクが吐出される最端部ノズルはインクジェット記録装置に装着する際の位置合わせ基準穴となるため、貫通したダミー孔部があると、間違ったノズルで位置合わせを行ってしまう可能性があるため、貫通しないダミー凹部２１の方が良好である。

なお、図３ならびに図４中の符号２３は、オリフィスプレート１の被記録媒体３２と対向する面に向けて形成された撥水膜である。

前記実施例ではオリフィスプレート１のノズル孔列の同一線上にダミー打点部列を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばオリフィスプレート１のノズル孔列の線から両側に若干離れた位置にノズル孔列と平行になるようにダミー打点部列をそれぞれ形成したり、あるいは、ダミー打点部列の両端部にランダムに多数のダミー打点部を形成することも可能である。

前記実施例ではインクジェット記録装置の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば液晶やエレクトロルミネッセンスなどの表示装置の製造、あるいは酸化チタン粒子を含有したインクを印刷するプリント配線基板の製造、沈降や凝集しやすい高濃度の電子部品用インクを使用して製造する積層セラミック部品や高周波電子部品の如き電子部品の製造など他の技術分野においても適用可能である。

１：オリフィスプレート，
２：ノズル孔，
２０：ノズル孔形成領域，
２１：ダミー凹部，
２２：ダミー凹部形成領域，
３２：被記録媒体，
３３：インクジェット記録部，
４０：インクジェット記録ヘッド，
Ａ：変位開始点，
Ｂ：変位線。

Claims (8)

1. プレス加工により多数のノズル孔を列状に形成したノズル孔列を有するオリフィスプレートを備え、被着体に対して前記ノズル孔から液滴を吐出して前記被着体に着弾する液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記オリフィスプレートのノズル孔列の両端部側に、前記ノズル孔の開口方向を揃えるためのダミー打点部を多数個形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記ノズル孔ならびにダミー打点部が、前記オリフィスプレートの同じ側から形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記多数のダミー打点部が、前記ノズル孔列と同じ方向に列状に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記ダミー打点部列が、前記ノズル孔列と同一線上に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記ダミー打点部は、前記オリフィスプレートの上面から下面に貫通していないダミー凹部からなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記オリフィスプレートのノズル孔列の両端部側に多数のダミー打点部を形成することにより、前記両端部側に凸状に湾曲した湾曲部がそれぞれ形成され、両湾曲部の間に水平部が形成されて、
   前記水平部内に全てのノズル孔が形成されるように、前記ダミー打点部の形成領域が設定されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、
   前記液滴吐出ヘッドが請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液滴吐出装置。
8. 多数のノズル孔を列状に形成したノズル孔列を有するオリフィスプレートを備えたインクジェット記録ヘッドから、被記録媒体に対してインク滴を吐出して前記被記録媒体に着弾するインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置において、
   前記インクジェット記録ヘッドが請求項７に記載の液滴吐出装置であることを特徴とするインクジェット記録装置。

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