JP2016074175A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、下記特許文献1には、チャネルに対して外側端部の長さが互いに異なるヘッドチップを階段状に積層し、各ヘッドチップのうち隣り合うヘッドチップに対して突出する部分に、フレキシブルプリント基板等の外部配線を接続する構成が開示されている。
また、下記特許文献2には、吐出チャネル及びダミーチャネルがアクチュエータプレートを貫通するとともに、アクチュエータプレートにおけるチャネル延在方向の端面において、噴射チャネルの内側面に形成された共通電極同士が共通配線により接続され、ダミーチャネルの内側面に形成された個別電極同士が個別配線により接続された構成が開示されている。
本発明に係る液体噴射ヘッドは、第1方向に沿って延在するとともに、液体が充填される噴射チャネル及び液体が充填されないダミーチャネルが第1方向に交差する第2方向に間隔をあけて並設されたアクチュエータプレートと、前記ダミーチャネルの内面のうち、第2方向で対向する内側面に各別に形成された個別電極と、を有し、前記噴射チャネルは、第1方向の一端部が前記アクチュエータプレート内で終端し、前記ダミーチャネルは、前記アクチュエータプレートにおける第1方向の一端面で開口し、前記アクチュエータプレートの前記一端面において、隣り合う前記ダミーチャネル間に位置する部分には、前記噴射チャネルを挟んで第2方向で対向する前記個別電極同士を各別に接続するとともに、外部配線が接続される個別パッドが形成されていることを特徴とする。
そして、本発明の構成によれば、アクチュエータプレートにおける第1方向の一端面上に形成された個別パッドを介して外部配線に接続することで、アクチュエータプレート及びカバープレートが積層されてなるヘッドチップを厚さ方向で簡単に積層することができる。この場合、インクジェットヘッド自体を複数用いて多ノズル化を図る場合や、互いに長さの異なるヘッドチップを積層する場合等に比べて小型化を図った上で、多ノズル化を図ることができる。
この構成によれば、隣り合う個別パッド間を絶縁する第1絶縁部が配設されているため、隣り合う個別パッド間の短絡を確実に抑制し、電気的信頼性を確保できる。
この構成によれば、深溝部の溝深さと同等の幅に個別パッドを形成することで、個別パッドの幅を確保できる。そのため、個別パッドのインピーダンスを低下させ、動作時の発熱を抑えることができる。この場合、ダミーチャネルにおける第1方向の一端部のみに深溝部を形成することで、ダミーチャネル全体を深く形成するのに比べてアクチュエータプレートの強度を確保できる。
この構成によれば、カバープレートにおける第1方向の一端面上に、外部配線が接続される共通パッドが形成されているため、ヘッドチップにおける第1方向の一端面上で各パッドを外部配線により一括して接続することができる。これにより、配線パターンの更なる簡素化を図ることができるとともに、外部配線と各パッドとの接続作業を効率的に行うことができる。
この場合、カバープレートの凹部内面に形成された接続配線を通して共通電極と共通パッドとを接続することで、例えばヘッドチップにおける第1方向の一端面上やアクチュエータプレート側で接続配線を引き回す構成に比べて接続配線の短絡や分断を抑制できる。その結果、電気的信頼性を確保できる。
この構成によれば、各パッドが面一に配置されているため、外部配線と各パッド間をより簡単に接続できるとともに、外部配線及び各パッド間での電気的信頼性を確保できる。
この構成によれば、アクチュエータプレートとカバープレートとの間に、共通パッド及び個別パッド間を絶縁する第2絶縁部が形成されているため、両パッド間の短絡を確実に抑制できる。
この構成によれば、上述したようにアクチュエータプレートにおける第1方向の一端面上に形成された個別パッドを介して外部配線に接続することができるので、ヘッドチップを厚さ方向で簡単に積層することができる。この場合、インクジェットヘッド自体を複数用いて多ノズル化を図る場合や、互いに長さの異なるヘッドチップを積層する場合等に比べて小型化を図った上で、多ノズル化を図ることができる。
この構成によれば、上記本発明に係る液体噴射ヘッドを備えているため、製造工数や製造コストの増加を抑制するとともに、歩留まりの向上を図り、小型化を図った上で多ノズル化を実現できる。
図1はプリンタ1の概略構成図である。
図1に示すように、プリンタ1は、紙等の記録紙Sを搬送する一対の搬送機構(移動機構)2,3と、記録紙Sにインク滴を噴射するインクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)4と、インクジェットヘッド4にインクを供給するインク供給手段5と、記録紙Sの搬送方向(主走査方向)と直交する方向(副走査方向)にインクジェットヘッド4を走査させる走査手段6と、を備えている。なお、以下の説明においては、上述した主走査方向をX方向、副走査方向をY方向、そしてX方向、及びY方向に直交する方向をZ方向として説明する。
駆動機構17は、一対のガイドレール14,15の間に配置され、Y方向に間隔をあけて配置された一対のプーリ18と、一対のプーリ18間に巻回されてY方向に走行する無端ベルト19と、一方のプーリ18を回転駆動させる駆動モータ20と、を備えている。
次に、上述したインクジェットヘッド4について詳述する。図2は、インクジェットヘッド4の斜視図である。なお、上述した各インクジェットヘッド4は、供給されるインクの色以外は何れも同一の構成からなるため、以下の説明では、一のインクジェットヘッド4について説明する。
図2に示すように、インクジェットヘッド4は、キャリッジ16に固定される固定プレート21と、この固定プレート21上に固定された吐出部22と、インク供給手段5から供給されるインクを、吐出部22の後述する共通インク室71にさらに供給するインク供給部23と、吐出部22に駆動電圧を印加するヘッド駆動部24と、を備えている。
続いて、吐出部22について詳細に説明する。図3は吐出部22をZ方向の一端側から見た斜視図であり、図4は吐出部22をZ方向の他端側から見た分解斜視図である。図5は図3のV−V線に沿う断面図であり、図6は図3のVI−VI線に沿う断面図である。
図3〜図6に示すように、本実施形態の吐出部22は、複数のノズル孔(第1ノズル孔41a及び第2ノズル孔41b)からなるノズル列42a,42bが二列に亘って形成された二列タイプの吐出部22である。具体的に、吐出部22は、Y方向に複数段積層された第1ヘッドチップ40A及び第2ヘッドチップ40Bと、第1ヘッドチップ40A及び第2ヘッドチップ40Bにまとめて固定されたノズルプレート44と、を備えている。なお、各ヘッドチップ40A,40Bは、後述する吐出チャネル51からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプとされている。また、以下の説明では、主に第1ヘッドチップ40Aについて説明し、第2ヘッドチップ40Bにおける第1ヘッドチップ40Aと対応する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。なお、以下の説明では、Y方向のうち、一端側(第1ヘッドチップ40A側)を上側、他端側(第2ヘッドチップ40B側)を下側とし、Z方向のうち、一端側(ノズルプレート44と反対側)を後側、他端側(ノズルプレート44側)を前側として説明する。
アクチュエータプレート45は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料で形成され、その分極方向が厚さ方向(Y方向)に沿って一方向に設定されている。このアクチュエータプレート45における上面(第1主面)45a側には、上側に向けて開口する複数のチャネル51,52が形成されている。
共通インク室71は、カバープレート46における後側端部に位置し、下側に向けて窪む溝であり、X方向に延設されている。共通インク室71は、上述した流路部材26内に連通し、流路部材26内のインクが流通するよう構成されている。
図7に示すように、FPC33は、絶縁性を有するベースフィルム83の両面に配線パターンが形成された、いわゆる両面FPCであって、延在方向の一端部が吐出部22における後側端面を覆うように圧着されている。具体的に、FPC33は、個別パッド64に各別に接続される複数の個別電極用配線84と、共通パッド77に接続される共通電極用配線85と、を有している。
個別用ランド部86は、各ヘッドチップ40A,40Bの上述した個別パッド64に各別に接続されている。引出部87は、FPC33の延在方向に沿って延びる帯状とされ、その一端部がスルーホール88を通して上述した個別用ランド部86に各別に接続され、他端部がIC基板32に接続されている。
引出部93は、FPC33の延在方向に沿って延びる帯状とされ、その一端部がスルーホール94を通して共通用ランド部91に各別に接続され、他端部がスルーホール95を通して集合部92に各別に接続されている。
集合部92は、共通用ランド部91や引出部93に対して幅広とされ、FPC33における延在方向の他端側(個別用ランド部86よりも他端側)で共通用ランド部91と平行に延設されている。そして、共通電極用配線85は、集合部92を介してIC基板32に接続されている。
次に、上述したように構成されたプリンタ1を利用して、記録紙Sに文字や図形等を記録する場合について以下に説明する。
なお、初期状態として、図1に示す4つのインクタンク10にはそれぞれ異なる色のインクが十分に封入されているものとする。
このような初期状態のもと、プリンタ1を作動させると、搬送機構2,3のグリッドローラ2a,3aが回転することで、これらグリッドローラ2a,3a及びピンチローラ2b,3b間に記録紙SをX方向に向けて搬送する。また、これと同時に駆動モータ20がプーリ18を回転させて無端ベルト19を走行させる。これにより、キャリッジ16がガイドレール14,15にガイドされながらY方向に往復移動する。
そしてこの間に、各インクジェットヘッド4より4色のインクを記録紙Sに適宜吐出させることで、文字や画像等の記録を行うことができる。
インクジェットヘッド4では、共通電極56が基準電位GND、個別電極61が駆動電位VddとなるようにFPC33を介して各電極56,61間に電圧を印加する。すると、吐出チャネル51を画成する2つ駆動壁53に厚み滑り変形が生じ、これら2つの駆動壁53が吐出チャネル51にダミーチャネル52側へ突出するように変形する。すなわち、本実施形態のアクチュエータプレート45は分極方向が一方向であり、電極56,61が駆動壁53のY方向における中間部分までしか形成されていない。そのため、各電極56,61間に電圧を印加することで、駆動壁53におけるY方向の中間部分を中心にしてV字状に屈曲変形する。これにより、吐出チャネル51があたかも膨らむように変形する。
次に、上述した吐出部22の製造方法について説明する。以下の説明では、複数のアクチュエータプレート45がZ方向で連なるアクチュエータウエハ101と、複数のカバープレート46がZ方向で連なるカバーウエハ102と、を接合してウエハ接合体103を形成し、このウエハ接合体103を切断することにより複数の吐出部22を一括して製造する方法について説明する。
本実施形態の吐出部22の製造方法は、主にアクチュエータウエハ作製工程と、カバーウエハ作製工程と、組立工程と、を有している。そのうち、アクチュエータウエハ作製工程及びカバーウエハ作製工程は、並行して実施することが可能である。
図8は、アクチュエータウエハ作製工程を説明するための工程図であって、アクチュエータウエハ101の平面図である。また、図9は図8のIX−IX線に沿う断面図であり、図10は図8のX−X線に沿う断面図である。
図8、図9に示すように、アクチュエータウエハ作製工程では、まずダイサー(不図示)を用いた切削加工等により、後に吐出チャネル51となる第1ダイシングライン110を形成する(第1ダイシングライン形成工程)。具体的には、アクチュエータウエハ101に対して第1主面101a側からダイサーを進入させるとともに、ダイサーをZ方向に走行させる。その後、ダイサーを所定量走行させた後、アクチュエータウエハ101からダイサーを退避させる。これにより、第1ダイシングライン110が形成される。
次に、図11に示すように、アクチュエータウエハ101に対して個別電極61、共通電極56及び共通配線57を形成する(第1電極形成工程)。具体的には、斜め蒸着等により、Y方向に対してX方向に傾斜する方向からアクチュエータウエハ101の第1主面101a側に向けて電極材料113を蒸着する。すると、アクチュエータウエハ101の第1主面101a上、並びに第1ダイシングライン110及び第2ダイシングライン111の内面に、図示しないマスクの開口部を通して電極材料113が成膜される。これにより、アクチュエータウエハ101の第1主面101a上に共通配線57が形成されるとともに、各ダイシングライン110,111の上側端縁から中間部分に至る部分に個別電極61及び共通電極56がそれぞれ形成される。
図12は、カバーウエハ作製工程を説明するための工程図であって、カバーウエハ102の平面図であり、図13は図12のXIII−XIII線に相当する断面図である。
図12、図13に示すように、カバーウエハ作製工程では、まずカバーウエハ102に対して第2主面102b側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、共通インク室71及び後に接続溝部75となる溝部114を形成する(共通インク室及び溝部形成工程)。このとき、共通インク室71は、カバーウエハ102において、上述した第1ダイシングライン110のZ方向の両端部に対応する部分に、X方向に沿って形成する。また、溝部114は、カバーウエハ102において、上述した第1ダイシングライン110間に対応する部分にX方向に沿って形成する。
図14は、貼り合わせ工程の工程図であって、ウエハ接合体103の平面図であり、図15は図14のXV−XV線に相当する断面図である。
図14、図15に示すように、組立工程では、まずアクチュエータウエハ101及びカバーウエハ102を交互に複数枚積層し、ウエハ接合体103とする(貼り合わせ工程)。具体的には、各ヘッドチップ40A,40Bとなるカバーウエハ102及びアクチュエータウエハ101を貼り合わせ、その後第1ヘッドチップ40Aとなるアクチュエータウエハ101に対して第2ヘッドチップ40Bとなるカバーウエハ102を貼り合わせる。
続いて、図16、図17に示すように、ウエハ接合体103を各吐出部22ごとに切断する(切断工程)。具体的には、ウエハ接合体103のうち、Z方向における各第1ダイシングライン110の中間位置、及び各第1ダイシングライン110間に位置する部分の中間位置に対して、ダイサーをX方向に走行させ、ウエハ接合体103を切断する。このとき、第1ダイシングライン110がZ方向の中間位置で分割されるとともに、溝部114及びザグリ部115がZ方向の中間位置で分割される。これにより、図18に示すように、第1ヘッドチップ40A及び第2ヘッドチップ40Bが積層されてなる吐出部22の前駆体120が、一枚のウエハ接合体103から複数切り出される。
次に、図19に示すように、前駆体120に対して個別パッド64、共通パッド77及び接続配線79となる電極材料121を形成する(第2電極形成工程)。具体的には、前駆体120における後側端面に対して斜め蒸着等を行い、X方向、Y方向及びZ方向に対して傾斜する方向からX方向の一端側に向けて電極材料121を蒸着する。すると、前駆体120における後側端面、凹部74内面、接続溝部75内面及びダミーチャネル52の内面のうち後側端部であって、X方向の一端側に位置する面に電極材料121が成膜される。
続いて、図20に示すように、アクチュエータプレート45における後側端面のうち、下側に位置する角部に対して第1絶縁部66を形成する(第1絶縁部形成工程)。具体的には、X方向に沿ってダイサーを走行させ、隣接する個別パッド64間を接続する電極材料121を除去する。
また、前駆体120のうち、アクチュエータプレート45及びカバープレート46間に位置する部分に対して第2絶縁部81を形成する(第2絶縁部形成工程)。具体的には、X方向に沿ってダイサーを走行させ、共通パッド77、個別パッド64、共通配線57、接続配線79間を接続する電極材料121を除去する。
この場合、カバープレート46の凹部74内面に形成された接続配線79を通して共通配線57と共通パッド77とを接続することで、例えばヘッドチップ40A,40Bにおける後側端面上やアクチュエータプレート45側で接続配線を引き回す構成に比べて接続配線の短絡や分断を抑制できる。その結果、電気的信頼性を確保できる。
しかも、カバープレート46側の凹部74は、例えば共通インク室71と吐出チャネル51とを連通させるスリット72の形成と同時に形成することが可能である。そのため、製造工数の増加を抑制した上で配線パターンの簡素化を図ることができる。
また、ノズル孔41a,41bの形状に関しても、円形に限定されるものではない。例えば、三角等の多角形状や、楕円形状や星型形状でも構わない。
また、上述した実施形態では、各ヘッドチップ40A,40B間において、吐出チャネル51同士及びダミーチャネル52同士が半ピッチずれた千鳥状に配列された構成について説明したが、これに限られない。
すなわち、絶縁部66,81は、各配線57,79やパッド64,77間の絶縁を図る構成であれば、その形成位置や形成方法は適宜設計変更が可能である。
具体的に、図22に示すヘッドチップ201は、ベースプレート202、アクチュエータプレート200、及びカバープレート46が積層されて構成されている。なお、以下の説明では、上述した実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
アクチュエータプレート200は、ベースプレート202上に接合されるとともに、その上面200a側に上述した吐出チャネル51及びダミーチャネル52がX方向に交互に形成されている。
一方、吐出チャネル51は、アクチュエータプレート200のうち、ダミーチャネル52間に位置する部分に形成され、アクチュエータプレート200の前側端面上で開口している。
ダミーチャネル52の内面のうち、X方向で対向する一対の内側面には、その全面に亘って個別電極211がそれぞれ形成されている。個別電極211のうち、吐出チャネル51を挟んでX方向で対向する個別電極211同士は、アクチュエータプレート200における後側端面のうち、隣接するダミーチャネル52間に位置する部分に形成された個別パッド64により接続されている。
2,3…搬送機構(移動機構)
4,4Y,4M,4C,4B…インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
33…フレキシブルプリント基板(外部配線)
40A…第1ヘッドチップ(ヘッドチップ)
40B…第2ヘッドチップ(ヘッドチップ)
201…ヘッドチップ
45,200…アクチュエータプレート
45a,200a…上面(第1主面)
46…カバープレート
46a…下面(第1主面)
51…吐出チャネル(噴射チャネル)
52…ダミーチャネル
56,210…共通電極
61,211…個別電極
64…個別パッド部
66,220…第1絶縁部
74…凹部
77…共通パッド部
79…接続配線
81…第2絶縁部
Claims (8)
- 第1方向に沿って延在するとともに、液体が充填される噴射チャネル及び液体が充填されないダミーチャネルが第1方向に交差する第2方向に間隔をあけて並設されたアクチュエータプレートと、
前記ダミーチャネルの内面のうち、第2方向で対向する内側面に各別に形成された個別電極と、を有し、
前記噴射チャネルは、第1方向の一端部が前記アクチュエータプレート内で終端し、
前記ダミーチャネルは、前記アクチュエータプレートにおける第1方向の一端面で開口し、
前記アクチュエータプレートの前記一端面において、隣り合う前記ダミーチャネル間に位置する部分には、前記噴射チャネルを挟んで第2方向で対向する前記個別電極同士を各別に接続するとともに、外部配線が接続される個別パッドが形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記アクチュエータプレートの前記一端面側には、隣り合う前記個別パッド間を絶縁する第1絶縁部が配設されていることを特徴とする請求項1記載の液体噴射ヘッド。
- 前記ダミーチャネルにおける第1方向の一端部には、前記一端面上で開口するとともに、他端部に比べて溝深さが深い深溝部が形成され、
前記個別パッドの、前記アクチュエータプレートの厚さ方向における幅は、前記深溝部の溝深さと同等の幅に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の液体噴射ヘッド。 - 前記アクチュエータプレートに積層されたカバープレートと、
前記噴射チャネルの内面に形成された共通電極と、
前記カバープレートにおける第1方向の一端面に形成され、前記外部配線が接続される共通パッドと、
前記カバープレートのうち、前記アクチュエータプレート側に位置する第1主面側に開口するとともに、前記一端面で開口する凹部と、
前記凹部内面に形成され、前記共通パッドと前記共通電極とを接続する接続配線と、を備えていることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記共通パッド及び前記個別パッドが面一に配置されていることを特徴とする請求項4記載の液体噴射ヘッド。
- 前記アクチュエータプレートと前記カバープレートとの間には、前記共通パッド及び前記個別パッド間を絶縁する第2絶縁部が配設されている請求項4または請求項5記載の液体噴射ヘッド。
- 前記アクチュエータプレートに積層されたカバープレートを備え、
前記アクチュエータプレート及び前記カバープレートが積層されてなるヘッドチップが複数積層されていることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。 - 請求項1から請求項7の何れか1項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、を備えていることを特徴とする液体噴射装置。
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