JP2016083824A - ノズルプレート、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ノズルプレート43は、インクL(液滴)が吐出されるノズル孔47が形成され、ノズル孔47には、内周面が吐出面43aに向かって先細りとなるように、且つ吐出面43aに向かって凸となるように湾曲形成された椀状部48が設けられている。そして、インクL(液滴)の非吐出時において、ノズル孔47とインクLの液面Fとの境界部B1を椀状部48内に形成させる。
【選択図】図6
Description
本発明によれば、椀状部におけるインクの表面張力によって椀状部よりも吐出面側に液面が膨出してしまうことを防止できる。すなわち、液滴の非吐出時に、液面をノズル孔内の椀状部にまで後退させることができる。このため、ノズルプレートの吐出面にインクが残ることを防止でき、ノズル孔の目詰まりを防止できるノズルプレートが得られる。
本発明によれば、液滴の吐出時にノズルプレートの吐出面側に移動した液面を、非吐出時には、撥液部よりも吐出面から離れる側に確実に後退させることができる。このため、液面がノズル孔内に後退する際に、吐出面にインクが残ることを確実に防止できる。
本発明によれば、ノズル孔内のインクは、親液部を覆うように液面を形成するため、ノズル孔と液面との境界部を撥液部と親液部との間に位置させることができる。このため、液面の位置が安定化し、吐出される液滴の形状も安定化される。
本発明によれば、ノズルプレートは、強度を確保しつつ、ノズル長を短くすることができる。したがって、高強度を有し、流路抵抗が仕様に合わせて調整されたノズルプレートが得られる。
本発明によれば、加工性に優れ、かつ高耐久性を有するノズルプレートが得られる。
本発明によれば、上記のノズルプレートを備えているため、ノズル孔の目詰まりを防止することのできる液体噴射ヘッドを提供できる。
本発明によれば、上記の液体噴射ヘッドを備えているため、ノズル孔の目詰まりを防止することのできる液体噴射装置を提供できる。
(プリンタ)
図1は、プリンタの構成を示す斜視図である。
図1に示すように、プリンタ1は、記録紙等の被記録媒体Sを搬送する一対の搬送手段2,3と、被記録媒体Sに図示しないインクを噴射するインクジェットヘッド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、インクジェットヘッド4を被記録媒体Sの搬送方向Yと直交する走査方向Xに走査させる走査手段6と、を備える。
なお、本実施形態では、搬送方向Yおよび走査方向Xの2方向に直交する方向を上下方向Zとする。
そして、一対の搬送手段2,3のグリッドローラ2A,3Aを回転させることで、被記録媒体Sを搬送方向Yに沿った矢印A方向に搬送することが可能とされている。
図示の例では、インクタンク10は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(B)の四色のインクがそれぞれ収容されたインクタンク10Y、10M、10C、10Bが搬送方向Yに並んで配置されている。インク配管11は、例えば可撓性を有するフレキシブルホースであり、インクジェットヘッド4を支持するキャリッジ16の動作(移動)に追従可能とされている。
駆動機構17は、一対のガイドレール15の間に配置され、走査方向Xに間隔をあけて配置された一対のプーリ18と、これら一対のプーリ18の間に巻回されて走査方向Xに移動する無端ベルト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。
図示の例では、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(B)の各インクをそれぞれ噴射する4つのインクジェットヘッド4、すなわちインクジェットヘッド4Y,4M,4C,4Bが搭載されている。
次に、インクジェットヘッド4について説明する。
図2は、インクジェットヘッドの斜視図である。
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25と、この固定プレート25上に固定されたヘッドチップ26と、インク供給手段5から供給されたインクを、ヘッドチップ26の後述するインク導入孔41Aにさらに供給するインク供給部27と、ヘッドチップ26に駆動電圧を印加する制御手段28と、を備えている。
なお、これら流路部材31、圧力緩衝器32およびインク連結管33は、上記インク供給部27として機能する。
なお、これら制御回路35が搭載されたIC基板36、およびフレキシブル基板37は、上記制御手段28として機能する。
続いて、ヘッドチップ26について詳細に説明する。
図3は、ヘッドチップの斜視図、図4は、ヘッドチップの分解斜視図である。
図3および図4に示すように、ヘッドチップ26は、アクチュエータプレート40、カバープレート41、支持プレート42、およびノズルプレート43を備えている。ヘッドチップ26は、後述する液体噴射チャネル45Aの長手方向端部に臨むノズル孔47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。
このアクチュエータプレート40は、厚さ方向L1に直交する第1方向(配列方向)L2に長く、厚さ方向L1および第1方向L2に対して直交する第2方向L3に短い、平面視略長方形状に形成されている。
このうち、液体噴射チャネル45Aは、アクチュエータプレート40の上端面40E側に開口することなく、下端面40D側にだけ開口した状態で形成されている。一方、ダミーチャネル45Bについては、アクチュエータプレート40の下端面40D側だけでなく、上端面40E側にも開口するように形成されている
一方、ダミーチャネル45Bの内壁面のうち、第1方向L2に向かい合う一対の側壁面には、不図示のダミー電極がそれぞれ形成されている。これらダミー電極は、ダミーチャネル45Bに沿って第2方向L3に延び、アクチュエータプレート40の一方の主面40C上に形成されたダミー端子(電極端子部)63に導通している。
このインク導入孔41Aには、流路部材31を介して供給されてきたインクを液体噴射チャネル45A内に導入させ、かつダミーチャネル45B内への導入を規制する複数のスリット65Aが形成されたインク導入板65が形成されている。つまり、複数のスリット65Aは、液体噴射チャネル45Aに対応する位置に形成されており、各液体噴射チャネル45A内にのみインクを充填することが可能とされる。
ノズルプレート43は、例えばガラスにより形成された矩形板状の部材である。なお、ガラスに限らず、ステンレスやシリコン、ポリイミド等の樹脂材料等によりノズルプレート43を形成してもよい。
ノズルプレート43の厚さは、例えば50〜100μm程度に設定されている。ノズルプレート43は、支持プレート42およびアクチュエータプレート40の下端面40Dに、例えば接着等により固定されている。
図3〜5に示すように、ノズルプレート43は、インクの液滴が吐出される複数のノズル孔47を備えている。ノズル孔47は、ノズルプレート43をその厚さ方向(第2方向L3)に貫通している。ノズル孔47の全体には、内周面がノズルプレート43のインクを吐出する側の吐出面43aに向かって先細りとなるように、且つ吐出面43a側に向かって凸となるように湾曲形成された半球状の椀状部48が設けられている。
次に、図6〜9に基づいて、本実施形態のインクジェットヘッド4の動作およびノズルプレート43の作用について説明する。
図6〜9は、インクの吐出動作の説明図であり、図4のV−V線に相当する部分における断面図である。
図7に示すように、インクジェットヘッド4が吐出動作を開始する際、制御手段28は、フレキシブル基板37を介してコモン電極およびダミー電極(いずれも不図示)に駆動電圧を印加する。すると、駆動壁46が変形し、インクLが満たされた液体噴射チャネル45Aがあたかも膨らむように変形する。これにより、インク供給部27内のインクが液体噴射チャネル45Aに誘導されるとともに、液体噴射チャネル45Aに連通するノズル孔47に貯留されたインクLも液体噴射チャネル45Aに引き込まれ、液面Fが導入口47b側に後退する。このとき、ノズル孔47とインクLの液面Fとの境界部B2は、非吐出時における境界部B1よりも導入口47b寄りに後退している。
このとき、ノズル孔47の内面形状は、吐出口47aから導入口47bに向かうにしたがい傾斜が大きくなっている。このため、ノズル孔47と液面Fとの境界部B4は、インクLの表面張力と負圧の大きさに応じて、吐出口47aと導入口47bとの間における最適な傾斜角の部分に形成される。その結果、境界部B4は、ノズル孔47の椀状部48内における吐出口47aよりも内側(導入口47b側)に後退し、図6に示す非吐出時における境界部B1と同じ位置となる。
次に、図10〜13に基づいて、本実施形態のノズルプレート43の製造方法について説明する。
図10〜13は、第1実施形態におけるノズルプレートの製造方法を示す工程図であり、図4のV−V線に相当する部分における断面図である。
図10に示すように、エッチングマスク形成工程では、まず母材71の両面にエッチングマスク74の形成材料となる金属膜72を形成する。金属膜72の形成材料としては、クロム等の金属を下地層とし、金等の金属を上地層とした積層膜を用いる。
次に、図12に示すように、フォトレジスト膜73の開口部73aを介して、金属膜72をエッチングする。これにより、金属膜72には、ノズル孔47に対応する開口部72aが形成され、ノズル孔形成用のエッチングマスク74となる。
図13に示すように、エッチング工程では、エッチングマスク74をマスクとして、母材71をエッチングする。このエッチング工程では、ウェットエッチング方式を用いて等方性エッチングを行う。この際のエッチング量は、母材71がエッチングにより完全に貫通する程度とする。これにより、母材71には、一面側から他面側に向かって先細りとなる半球状のノズル孔47が形成されるとともに、母材71の他面側には、吐出口47aが形成される。
マスク除去工程では、エッチングマスク74を構成するフォトレジスト膜73および金属膜72を除去する。これにより、図5に示すノズルプレート43が形成される。
以上により、ノズルプレート43の製造は終了する。
この構成によれば、椀状部48におけるインクL(液滴D)の表面張力によって椀状部よりも吐出面側に液面が膨出してしまうことを防止できる。すなわち、液滴Dの非吐出時に、液面Fをノズル孔47内の椀状部48にまで後退させることができる。このため、ノズルプレート43の吐出面43aにインクLが残ることを防止でき、ノズル孔47の目詰まりを防止できるノズルプレート43が得られる。
(ノズルプレート)
次に、図14に基づいて、本実施形態の第1変形例におけるノズルプレート143について説明する。
図14は、第1実施形態の第1変形例におけるノズルプレートの説明図であり、図4のV−V線に相当する部分における断面図である。
第1変形例では、ノズルプレート143の吐出口47の椀状部48に撥液部51および親液部52が形成されている点で、図5に示す第1実施形態のノズルプレート43と異なっている。なお、図5に示す第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する(以下の実施形態についても同様)。
撥液部51は、インクの非吐出時におけるノズル孔47とインクの液面Fとの境界部B1から、吐出口47aを介して吐出面143aに至る間の領域に、全周に亘って形成されている。なお、吐出面143aにも撥液部51が形成されていてもよい。
親液部52は、ノズル孔47における撥液部51よりも裏面143b側の領域において、全周に亘って形成されている。
(ノズルプレート)
次に、図15に基づいて、本実施形態の第2変形例におけるノズルプレート243について説明する。
図15は、第1実施形態の第2変形例におけるノズルプレートの説明図であり、図4のV−V線に相当する部分における断面図である。
図5に示す第1実施形態では、椀状部48がノズル孔47の全体に亘って設けられていた。一方で、図15に示す第2変形例では、椀状部248がノズル孔247における吐出面243a側の領域に設けられている点で、第1実施形態のノズルプレート43と異なっている。
椀状部248は、ノズル孔247における吐出面243a側に形成されている。椀状部248は、半球状に形成され、その深さはノズルプレート243の厚さの半分程度に設定されている。
ストレート部249は、ノズル孔247における裏面243b側に形成されている。ストレート部249は、第2方向L3に沿って延在する円筒状であって、椀状部248の裏面243b側の端縁と滑らかに接続している。
(ノズルプレート)
次に、図16および図17に基づいて、第2実施形態におけるノズルプレート343について説明する。
図16は、第2実施形態におけるノズルプレートの吐出面側から見た平面図である。図17は、図16のXVII−XVII線に沿う断面図である。
第2実施形態では、ノズルプレート343の吐出面343aに、凹部354が形成されている点で、図5に示す第1実施形態のノズルプレート43と異なっている。
凹部354は、平面視形状が第1方向L2を長辺方向とする角丸長方形状に形成されている。凹部354の断面形状は、底面と側面とが曲面により滑らかに接続された矩形状であって、その深さは、ノズルプレート343の厚さの半分よりもやや深く設定されている。そして、凹部354は、その底部において全てのノズル孔347と連通し、境界部において吐出口347aが形成されている。
次に、図10〜13および図18〜22に基づいて、本実施形態のノズルプレート343の製造方法について説明する。
図18〜22は、第2実施形態におけるノズルプレートの製造方法を示す工程図であり、図16のXVII−XVII線に相当する部分における断面図である。
まずノズル孔形成工程を行う。ノズル孔形成工程は、母材71の両面にノズル孔形成用のエッチングマスク74を形成する第1エッチングマスク形成工程と、エッチングマスク74を介して母材71のエッチングを行う第1エッチング工程と、エッチングマスク74を除去する第1マスク除去工程と、を有する。
第1エッチングマスク形成工程では、図10〜12に示す第1実施形態におけるエッチングマスク形成工程と同様に、母材71の表面にノズル孔形成用のエッチングマスク74を形成する。
図18に示すように、第1エッチング工程では、図13に示す第1実施形態におけるエッチング工程と同様に、エッチングマスク74をマスクとして、母材71をウェットエッチング方式による等方性エッチングする。この際、エッチング量は、母材71の厚さの半分程度の深さとする。これにより、母材71の一面側には、他面側に向かって先細りとなる椀状のノズル孔347が、母材71の厚さ方向に非貫通の状態で形成される。
図19に示すように、第1マスク除去工程では、エッチングマスク74を構成するフォトレジスト膜73、および金属膜72のうち母材71の一面側に形成された金属膜72を除去する。具体的には、母材71の一面側(ノズル孔347を形成した表面側)に形成されたフォトレジスト膜73を、例えば酸素プラズマアッシング等により除去し、母材71の一面側に形成された金属膜72を露出させる。
次いで、露出した金属膜72をウェットエッチングにより除去する。次いで、母材71の他面側に形成されたフォトレジスト膜73を、上記フォトレジスト膜73の除去と同様に、例えば酸素プラズマアッシング等により除去する。これにより、母材71上には、他面側(ノズル孔347を形成した表面とは反対側)に形成された金属膜72のみが残され、後述する凹部形成工程においてエッチングマスク78を形成する金属膜として利用することができる。
次に凹部形成工程を行う。凹部形成工程は、母材71の表面に凹部形成用のエッチングマスク78を形成する第2エッチングマスク形成工程と、エッチングマスク78を介して母材71のエッチングを行う第2エッチング工程と、エッチングマスク78を除去する第2マスク除去工程と、を有する。
図20に示すように、第2エッチングマスク形成工程では、ノズル孔347が形成された母材71の一面側に、凹部形成時の保護膜の形成材料となる金属膜76を形成する。金属膜76の形成材料としては、金属膜72と同様に、クロム等の金属を下地層とし、金等の金属を上地層とした積層膜を用いる。なお、母材71の他面側は、上述した第1マスク除去工程において残した金属膜72を、第2エッチングマスク形成工程における他面側のマスクとして活用する。
次いで、フォトレジスト膜77の開口部77aを介して、金属膜72をエッチングする。これにより、金属膜72には、凹部354に対応する開口部72bが形成され、凹部形成用のエッチングマスク78となる。
図22に示すように、第2エッチング工程では、第2エッチング工程では、エッチングマスク78をマスクとして、母材71をエッチングする。この第2エッチング工程では、ウェットエッチング方式を用いて等方性エッチングを行う。この際、エッチング量は、母材71の厚さの半分よりやや深い程度とする。これにより、母材71の他面側には、凹部354が形成されるとともに、母材71の一面側に形成されたノズル孔347が、凹部354の底面と連通する。
第2マスク除去工程では、第1実施形態におけるマスク除去工程と同様に、エッチングマスク78を構成するフォトレジスト膜77および金属膜72,76を除去する。これにより、図17に示すノズルプレート343が形成される。
以上により、ノズルプレート343の製造は終了する。
また、上記製造方法では、ノズル孔形成工程を凹部形成工程よりも先に行っているが、これに限定されず、凹部形成工程をノズル孔形成工程よりも先に行ってよい。
(ノズルプレート)
次に、図23に基づいて、本実施形態の変形例におけるノズルプレート443について説明する。
図23は、第2実施形態の変形例におけるノズルプレートの説明図であり、図16のXVII−XVII線に相当する部分における断面図である。
図17に示す第2実施形態では、椀状部348がノズル孔347の全体に亘って設けられていた。一方で、図23に示す変形例では、椀状部448がノズル孔447における裏面443b側の領域に設けられている点で、第2実施形態と異なっている。なお、図16および図17に示す第2実施形態と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
椀状部448は、ノズル孔447における裏面443b側に形成されている。椀状部448は、半球状に形成され、その深さは例えばノズル孔447全体の深さの半分より大きく設定されている。
ストレート部449は、ノズル孔447における吐出面443a側(凹部454側)に形成されている。ストレート部449は、第2方向L3に沿って延在する円筒状であって、裏面443b側において椀状部448の吐出面443a側に接続している。また、ストレート部449は、吐出面443a側において凹部454の底部と連通し、境界部において吐出口447aが形成されている。
例えば、上記各実施形態においては、椀状部は曲面状に形成されているが、これに限定されず、例えば複数の平面が連なることで曲面に近似される形状に形成されていてもよい。
Claims (7)
- 液滴が吐出されるノズル孔が形成されたノズルプレートであって、
前記ノズル孔の少なくとも一部には、内周面が、前記液滴を吐出する側の吐出面に向かって先細りとなるように、且つ前記吐出面側に向かって凸となるように湾曲形成された椀状部が設けられ、
前記液滴の非吐出時において、前記ノズル孔と液面との境界部を前記椀状部内に形成させる、
ことを特徴とするノズルプレート。 - 請求項1に記載のノズルプレートにおいて、
少なくとも前記椀状部には、前記境界部から前記吐出面側に至る間に、撥液部が形成されている、
ことを特徴とするノズルプレート。 - 請求項2に記載のノズルプレートにおいて、
前記椀状部には、前記撥液部よりも前記吐出面とは反対側に、親液部が形成されている、
ことを特徴とするノズルプレート。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のノズルプレートにおいて、
前記吐出面に形成され、前記ノズル孔と連通するように形成された凹部を備える、
ことを特徴とするノズルプレート。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載のノズルプレートにおいて、
ガラスおよびステンレスの少なくとも何れか一方により形成されている、
ことを特徴とするノズルプレート。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のノズルプレートと、
前記ノズルプレートに接合され、前記ノズル孔と連通する複数のチャネルを有するアクチュエータプレートと、
を備えていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項6に記載の液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする液体噴射装置。
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