JP2015100947A

JP2015100947A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2015100947A
Application number: JP2013241648A
Authority: JP
Inventors: 伸昭室地; Nobuaki Murochi
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-06-04
Also published as: US20150145927A1; US9493003B2; US20170021625A1; US10029460B2

Abstract

【課題】インクジェットヘッドにおけるインク流出孔および電極配線の配置構成を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッドは、隔壁とベース基板と電極配線を有している。電極配線は、複数の圧力室それぞれから複数のインク流出孔を避けつつ所定の制御回路へ向けて延びる複数の電極配線であって、複数のインク流出孔それぞれを挟む電極配線対の長手方向におけるインク流出孔よりも少なくともいずれか一方の側に位置する部分の少なくとも一部が、配列方向においてインク流出孔と重なる位置に配設されており、複数配設されている。
【選択図】図６

Description

本実施形態は、インクジェットヘッドにおけるインク流通孔および電極配線の配置構成に関するものである。

インクジェットヘッドにおいて、ノズルは高密度化が進んでいるため、ノズルに対応して設けられる電極配線の配列間隔も高密度となっている。循環系インクジェットヘッドは、流路抵抗を少なくするためにインク流入孔とインク流出孔を多く設けているが、装置構成上、電極配線はインク流出孔を避けて配設されなければならない。しかし、基板の限られたスペース内に形成される流出孔間の間隔は限られているため、多くの電極配線を通すこととなると電極間の間隔が狭くなり短絡が発生する可能性がある。また、電極配線の幅を狭くして多くの電極配線を配設したいが、電極配線がその機能を保つためには電極配線にある程度の幅を設ける必要がある。

特開２００６−２５６２２４号公報

本発明の目的は、インク流通孔間において従来よりも多くの電極配線を配設することのできる技術を提供することにある。

一実施形態におけるインクジェットヘッドは、隔壁とベース基板と電極配線を有している。隔壁は、複数のインク吐出ノズルそれぞれに対応して連通する複数の圧力室間を間仕切るように所定の配列方向に配列されるとともに、供給される駆動信号に応じて各圧力室の容積を変更可能であり、複数配列されている。ベース基板は、複数の隔壁を支持するとともに、複数の隔壁それぞれの長手方向における複数の隔壁の一端に沿って配列されるように複数のインク流入孔が形成され、長手方向における複数の隔壁の他端に沿って配列される複数のインク流出孔であって長手方向において隣接するインク流出孔の中心位置が互いに異なる複数のインク流出孔が形成される。電極配線は、複数の圧力室それぞれから複数のインク流出孔を避けつつ所定の制御回路へ向けて延びる複数の電極配線であって、複数のインク流出孔それぞれを挟む電極配線対の長手方向におけるインク流出孔よりも少なくともいずれか一方の側に位置する部分の少なくとも一部が、配列方向においてインク流出孔と重なる位置に配設されており、複数配設されている。

本実施形態に関するインクジェットヘッドの外観斜視図である。インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給装置の概略図である。インクジェットヘッドの平面図である。インクジェットヘッドの縦断面図である。インクジェットヘッドの横断面図である。インク流出孔および電極配線の配置構成を示す図である。従来におけるインク流出孔および電極配線の配置構成を示す図である。インク流出孔および電極配線の配置構成を示す拡大図である。インク流出孔および電極配線の配置構成を示す図である。

図１は、本実施形態によるインクジェット記録装置のインクジェットヘッド１の斜視図である。

インクジェットヘッド１は、インクを吐出するノズル２（インク吐出ノズル）を有するヘッド基板３と、駆動信号を発生するドライバＩＣ４と、インク供給口６とインク排出口７とを有するマニホールド５とを備えている。

インクジェットヘッド１は、インク供給口６から供給されたインクを、駆動回路４で発生させた駆動信号に応じてノズル２から吐出させる。インク供給口６から流入したインクのうち、ノズル２から吐出しなかったインクはインク排出口７から排出させる。

図２は、本実施形態によるインクジェット記録装置に用いられるインク供給装置８の概略図である。インク供給装置８は、供給側インクタンク９、排出側インクタンク１０、供給側圧力調整ポンプ１１、輸送ポンプ１２、排出側圧力調整ポンプ１３とこれらを流体的に接続するチューブとから構成されている。

供給側圧力調整ポンプ１１と排出側圧力調整ポンプ１３は各々供給側インクタンク９の圧力と排出側インクタンク１０の圧力を調整する。供給側インクタンク９はインクジェットヘッド１のインク供給口６にインクを供給する。排出側インクタンク１０はインクジェットヘッド１のインク排出口７から排出されたインクを一時的に貯留する。輸送ポンプ１２は排出側インクタンク１０に貯留されたインクを供給側インクタンク９に還流させる。

続いて、インクジェットヘッド１の構成の詳細について説明する。

図３は、ヘッド基板３の平面図である。図４は、ヘッド基板３のＡ−Ａ縦断面図である。図５は、ヘッド基板３のＢ−Ｂ横断面図である。ヘッド基板３は、圧電部材１４、ベース基板１５、ノズルプレート１６、枠部材１７で構成されている。ベース基板１５、圧電部材１４とノズルプレート１６で囲まれた中央部の空間は、インク供給路１８を形成している。ベース基板１５、圧電部材１４、枠部材１７とノズルプレート１６で囲まれた空間は、インク排出路１９を形成している。

ベース基板１５には、圧力室２４の内面に形成された電極２１とドライバＩＣ４とを電気的に接続する電極配線２０が形成されている（図３を参照）。
ここで、圧力室２４とは、複数の隔壁間の空間のことをいい、隔壁は、複数のノズル２それぞれに対応して連通する複数の圧力室２４間を間仕切るように所定の配列方向に配列されるとともに、供給される駆動信号に応じて各圧力室の容積を変更可能にする。
ベース基板１５は、複数の隔壁を支持するとともに、複数の隔壁それぞれの長手方向における複数の隔壁の一端に沿って配列されるように複数のインク流入孔２２が形成され、長手方向における複数の隔壁の他端に沿って配列される複数のインク流出孔２３であって長手方向において隣接するインク流出孔の中心位置が互いに異なる複数のインク流出孔２３が形成される。
具体的には、ベース基板１５には、インク供給路１８に連通するインク流入孔２２とインク排出路１９に連通するインク流出孔２３が形成されている。インク流入孔２２はマニホールド５によりインク供給口６に流体的に接続している。インク流出孔２３はマニホールド５によりインク排出口７に流体的に接続している。ベース基板１５は、誘電率が小さく、かつ圧電部材との熱膨張率の差が小さい材料が望ましい。ベース基板１５の材料は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを用いることが可能である。本実施例では低誘電率のＰＺＴを用いている。

ベース基板１５の上には圧電部材１４が接合されている。圧電部材１４は、板厚方向に沿って互いに方向が反対向きに分極された圧電部材１４ａと圧電部材１４ｂを積層することにより形成されている（図５を参照）。圧電部材１４には、インク供給路１８からインク排出路１９へ繋がる複数の長溝が並列に形成され、その各長溝の内面には電極２１が形成されている。長溝と、圧電部材１４上に設けられた長溝を覆うノズルプレート１６の一面で囲まれた空間が圧力室２４となる。電極２１は電極配線２０を通してドライバＩＣ４に接続されている。隣接する圧力室２４の間の隔壁を構成する圧電部材１４は、各圧力室２４に設けられた電極２１によって挟まれ、アクチュエータ２５を形成している。ドライバＩＣ４にて生成された駆動信号によりアクチュエータ２５に電界が印加されると、アクチュエータ２５は圧電部材１４ａと圧電部材１４ｂの接合部を頂部として「く」の字型にせん断変形する。このアクチュエータ２５の変形によって、圧力室２４の容積は変化し、圧力室２４の内部にあるインクが加圧される。加圧されたインクはノズル２から吐出する。圧電部材１４は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などである。この実施形態では、圧電定数の高いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いている。

電極２１は、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の２層構造になっている。電極２１は、例えばメッキ法によって、長溝内に均一に成膜されている。また、電極２１の形成方法として、メッキ法以外に、スパッタ法、蒸着法を用いることも可能である。圧力室２４は、深さ３００μｍ幅８０μｍの形状で、１６９μｍのピッチで平行に配列されている。

圧電部材１４の上にはノズルプレート１６が接着されている。ノズルプレート１６には、圧力室２４の長手方向の中央部から３周期毎にオフセットされた位置に、ノズル２が形成されている。ノズルプレート１６の材質には、ステンレスなどの金属材料や、単結晶シリコンなどの無機材料、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料を用いることができる。なお、本実施形態では、ポリイミドフィルムを採用した例を示している。ノズルプレート１６を圧電部材１４に接着した後に、エキシマレーザ等で孔加工を施すことにより、高精度なノズルを形成することができる。ノズル２は圧力室２４側からインク吐出側に向けて先細りの形状になっている。材質がステンレスの場合、ノズル２はプレス加工で形成できる。また、材質が単結晶シリコンの場合、ノズル２はフォトリソグラフィーによるドライエッチングやウエットエッチングなどで形成することができる。

以上、本発明の適用に好適なシェアモード（share mode）・シェアードウォール（shared wall）型のインクジェットヘッドについて述べた。以上の説明は、圧力室２４の一端にインク供給路１８があり、他端にインク排出路１９があり、圧力室２４の中央部にノズル２がある構成の場合について述べたが、本発明の適用範囲はこれに限るものではなく、圧力室２４の一端にノズルがあり、他端にインク供給路があるものでも適用可能であることは言うまでもない。

図６、８は、本実施形態であるインクジェットヘッドにおける電極配線およびインク流出孔の配置構成を示した図である。

図７は、従来のインクジェットヘッドにおける電極配線およびインク流出孔の配置構成を示した図である。

図６において、インク流出孔２３の中心位置２３Aは、X方向（圧電部材１４の配設方向）において隣接する流出孔２３’の中心位置２３’Aと、Y方向（圧電部材１４における長手方向）において異なる位置にある。

隣接する流出孔の中心位置２３Aおよび２３’AのX方向における距離Pが一定である場合、隣接する２つの流出孔の中心位置２３Aおよび２３’AがY方向において異なる位置にあれば、隣接する２つの流出孔の中心位置２３Aおよび２３’A間の距離Kは√（P²+M²）（M>０）となる（Mは、隣接する２つの流出孔の中心位置２３Aおよび２３’A間のY方向における距離）。

一方、図７のように、X方向において隣接する流出孔の中心位置２３Aおよび２３’Aが、Y方向において同じ位置にある場合（M＝０の場合）、隣接する流出孔の中心位置２３Aおよび２３’A間の距離Kは√（P²+０²）＝Pとなる。

このように、X方向において隣接する流出孔２３および２３’の中心位置２３Aおよび２３’A間のX方向における距離Pが一定の場合、隣接する流出孔の中心位置２３Aおよび２３’AがY方向において異なる位置にあれば、隣接する流出孔の中心位置２３Aおよび２３’AがY方向において同一の位置にある場合よりも、隣接する流出孔の中心位置２３Aおよび２３’A間の距離Kが大きくなる。

そして、言い換えれば、隣接する流出孔の中心位置２３Aおよび２３’A間の距離ｋが大きいほど、流出孔２３および２３’間において電極配線２０を多数配設することができる。

図６、８において、電極配線は、インク流出孔２３（２３A）を挟む電極配線対２０１（２０２）の長手方向におけるインク流出孔２３（２３A）よりも少なくともいずれか一方の側に位置する部分の少なくとも一部Wが、X方向（配列方向）においてインク流出孔と重なる位置に配設されている。

電極配線（電極配線２０a〜２０j）は、配線部２０A、２０B、２０Cを有しており、配線部２０Aは、電極２１と連続的に接続され、電極２１からY方向に直線的に延び、折り曲げ位置Qにおいて連続的に配線部２０Bと接続される。配線部２０Bは、折り曲げ位置Rにおいて配線部２０Cと連続的に接続され、Y軸に対して所定の角度θだけ傾いて配設されている。配線部２０Bは所定角度θ傾きながら直線的に延び、折り曲げ位置Rにおいて配線部２０Cと連続的に接続される。配線部２０Cは、折り曲げ位置Rにおいて配線部２０Cと連続的に接続されており、Y方向に直線的に延び、IC４に接続される。

ここで、仮に電極配線が折り曲げ位置QおよびRにおいて折り曲がっておらず、直線的に配線されている従来の構成を採用した場合、例えば、電極配線２０eは点線で示した配設経路２０３を、電極配線２０ｆは配設経路２０４を通ることとなる。つまり、電極配線が直線的に配設されている場合、電極配線２０eおよび２０ｆは配設することができないこととなる。一方、本実施形態のように、Y方向においてインク流出孔の中心位置が異なる位置にあり、かつ、電極配線がインク流出孔を回避するように折り曲がって配設されている場合、電極配線２０eおよび２０fは配設されることができる。このように、インク流出孔および電極配線が本実施形態のような配置構成となることによって、電極配線がインク流出孔を挟み込みつつ回り込むように配設され、電極配線が直線的に配設されている場合よりも多くの電極配線を配設することができる。

つまり、X方向において隣接する２つのインク流出孔２３および２３Aの中心位置２３Aおよび２３’AをY方向において異なる位置とし、かつ、電極配線を折り曲げて配設することにより、従来よりも多くの電極配線を配設することができる。

ここで、図６においては、インク流出孔２３を挟む電極配線対２０１の、長手方向（Y方向）においてインク流出孔２３の中心位置２３Aと同じ位置にある部位の間隔と同じ間隔を有する配線部２０１Aと、インク流出孔２３と配列方向（X方向）において隣接するインク流出孔２３’を挟む電極配線対２０２の、Y方向においてインク流出孔２３’の中心位置２３’Aと同じ位置にある部位の間隔と同じ間隔を有する配線部２０２CとはY方向において異なる位置にある。

また、図６においては、電極配線の内の１つの電極配線と前記電極配線に隣接する他の電極配線とは、一部がX方向において互いに重なる位置にある。図６においては、例えば、電極配線２０ｆと電極配線２０ｇは、その一部がX方向において互いに重なっている。

図９は、本実施形態のインク流出孔および電極配線の配置構成における変形例である。

図９においても、X方向において隣接するインク流出孔の中心位置のY方向における位置は異なる位置にある。しかし、図９においては、インク流出孔２３１、２３２、２３３aの中心位置がY方向において３箇所（インク中心位置２３１A、２３２A、２３３aAの３箇所）となっている。これにより、インク流出孔２３３aおよび２３３ｂのように、X方向において重なる位置に２つのインク流出孔を配置することができる。このような配置とすることで、同じ電極配線数において従来よりも多くのインク流出孔を設けることができる。言い換えれば、同じインク流出孔数において従来よりも多くの電極配線を設けることができるということとなる。

ここで、本実施形態において電極配線は折り曲げ位置QおよびRにおいて折り曲がっているが、これに限られることはなく、例えばカーブを描くように配設されていてもよい。つまり、電極配線がインク流出孔を回り込むように配設されており、２つインク流出孔間において従来よりも多くの電極配線を配設することができればよい。

また、本実施形態において、インク流出孔の中心位置のY方向における位置は、X方向において１つおきに同じ位置となっている。しかし、インク流出孔は、必ずしもこのような配置となる必要はなく、X方向において隣接するインク流出孔の中心位置が、Y方向において異なった位置となっていればいい。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

１インクジェットヘッド、３ヘッド基板、４駆動回路、１４圧電部材（隔壁）、
１５ベース基板、２０電極配線、２１電極、２２インク流入孔、２３インク流出孔、２３’ インク流出孔、２３A 中心位置、２３’A 中心位置、２４圧力室

Claims

複数のインク吐出ノズルそれぞれに対応して連通する複数の圧力室間を間仕切るように所定の配列方向に配列されるとともに、供給される駆動信号に応じて各圧力室の容積を変更可能な複数の隔壁と、
前記複数の隔壁を支持するとともに、前記複数の隔壁それぞれの長手方向における前記複数の隔壁の一端に沿って配列されるように複数のインク流入孔が形成され、前記長手方向における前記複数の隔壁の他端に沿って配列される複数のインク流出孔であって前記長手方向において隣接するインク流出孔の中心位置が互いに異なる複数のインク流出孔が形成されるベース基板と、
前記複数の圧力室それぞれから前記複数のインク流出孔を避けつつ所定の制御回路へ向けて延びる複数の電極配線であって、前記複数のインク流出孔それぞれを挟む電極配線対の前記長手方向における前記インク流出孔よりも少なくともいずれか一方の側に位置する部分の少なくとも一部が、前記配列方向において前記インク流出孔と重なる位置に配設されている複数の電極配線と、
を備えるインクジェットヘッド。
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、
前記複数のインク流出孔の内の第１のインク流出孔を挟む第１の電極配線対の、前記長手方向において前記インク流出孔の中心と同じ位置にある部位の間隔と同じ間隔を有する第１の部位と、前記第１のインク流出孔と前記配列方向において隣接する第２のインク流出孔を挟む第２電極配線対の、前記長手方向において前記インク流出孔の中心と同じ位置にある部位の間隔と同じ間隔を有する第２の部位とは前記長手方向において異なる位置にあるインクジェットヘッド。
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、
前記複数の電極配線の内の第１の電極配線と前記第１の電極配線に隣接する第２の電極配線とは、一部が前記配列方向において互いに重なる位置にあるインクジェットヘッド。
複数のインク吐出ノズルそれぞれに対応して連通する複数の圧力室間を間仕切るように所定の配列方向に配列されるとともに、供給される駆動信号に応じて各圧力室の容積を変更可能な複数の隔壁と、
前記複数の隔壁を支持するとともに、前記複数の隔壁それぞれの長手方向における前記複数の隔壁の一端に沿って配列されるように複数のインク流入孔が形成され、前記長手方向における前記複数の隔壁の他端に沿って配列される複数のインク流出孔が形成されるベース基板と、
前記複数の圧力室それぞれから前記複数のインク流出孔を避けつつ所定の制御回路へ向けて延びる複数の電極配線であって、前記複数のインク流出孔それぞれを挟む電極配線対の前記長手方向における前記インク流出孔より少なくともいずれか一方の側に位置する部分の少なくとも一部が、前記配列方向において前記インク流出孔と重なる位置に配設されている複数の電極配線と、を備え、
前記複数のインク流出孔は、前記配列方向において隣接するインク流出孔の中心の間の直線距離が、前記複数のインク流出孔を前記長手方向において同じ位置として前記配列方向に配列したときの隣接するインク流出孔間に配設可能な本数の電極配線よりも多い本数の電極配線を短絡を生じない所定の配線間隔を保ちつつ配設可能な距離に設定されているインクジェットヘッド。