JP2017065143A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定した吐出性能を得ることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】チャネル延在方向に沿って延びるとともに、インクが充填される吐出チャネルと、チャネル延在方向に沿って延びるとともに、インクが充填されないダミーチャネル62と、アクチュエータプレート52に積層され、吐出チャネルにおけるチャネル延在方向の中央部で吐出チャネル内に連通するノズル孔を有するノズルプレート51と、を有し、アクチュエータプレート52には、吐出チャネル及びダミーチャネル62がそれぞれX方向に交互に並設されてなる第1チャネル列63及び第2チャネル列64がチャネル延在方向に間隔をあけて形成され、吐出チャネル及びダミーチャネル62は、それぞれチャネル延在方向の中心を通りチャネル延在方向に直交する対称面に対して面対称に形成されていることを特徴とする。【選択図】図5

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
従来、記録紙等の被記録媒体に液滴状のインクを吐出して、被記録媒体に画像や文字を記録する装置として、インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)を備えたインクジェットプリンタ(液体噴射装置)がある。インクジェットヘッドは、吐出チャネル及びダミーチャネルが交互に並設されたアクチュエータプレートと、吐出チャネルに各別に連通するノズル孔を有するノズルプレートと、を備えている。
この構成によれば、アクチュエータプレートのうち、吐出チャネルとダミーチャネルとの間を仕切る駆動壁が変形して吐出チャネル内が拡縮変形することで、吐出チャネル内のインクがノズル孔から吐出される。
ここで、例えば下記特許文献1には、チャネル延在方向の中央部で吐出チャネル内とノズル孔とを連通させる、いわゆるサイドシュートタイプのインクジェットが開示されている。また、特許文献1には、高分解能化や印刷の高速化を可能にするために、吐出チャネル及びダミーチャネルからなるチャネル列を、チャネル延在方向に間隔をあけて2列形成する構成が開示されている。この場合、アクチュエータプレートのうち、チャネル延在方向における両チャネル列間に位置する部分には、両チャネル列間を仕切る隔壁が形成されている。
特開2014−65150号公報
ところで、インク吐出時における吐出チャネルの変形の挙動は、駆動壁の形状(ダミーチャネルの内面形状)によって変動する。
しかしながら、上述した特許文献1の構成にあっては、アクチュエータプレートに隔壁が形成されているため、チャネル延在方向における一端側と他端側とで駆動壁の形状(ダミーチャネルの内面形状)が異なる。そのため、インク吐出時において、吐出チャネルが拡縮変形する際、チャネル延在方向の一端側と他端側とで変形のバランスが崩れるおそれがある。その結果、インクの吐出方向が偏向する等の吐出不良が発生するおそれがある。
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、安定した吐出性能を得ることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することである。
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る液体噴射ヘッドは、アクチュエータプレートと、前記アクチュエータプレートに形成され、第1方向に沿って延びるとともに、液体が充填される噴射チャネルと、前記アクチュエータプレートに形成され、第1方向に沿って延びるとともに、液体が充填されないダミーチャネルと、前記アクチュエータプレートに積層され、前記噴射チャネルにおける前記第1方向の中途部分で前記噴射チャネル内に連通する噴射孔を有する噴射プレートと、を有し、前記アクチュエータプレートには、前記噴射チャネル及び前記ダミーチャネルがそれぞれ前記第1方向に交差する第2方向に交互に並設されてなる第1チャネル列及び第2チャネル列が前記第1方向に間隔をあけて形成され、前記噴射チャネルは、前記第1方向における前記噴射チャネルの中心を通り前記第1方向に直交する面に対して面対称に形成され、前記ダミーチャネルは、前記第1方向における前記ダミーチャネルの中心を通り前記第1方向に直交する面に対して面対称に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、液体噴射時において、噴射チャネルが拡縮変形する際、第1方向の一端側と他端側とをバランスよく変形させることができる。これにより、偏向等の吐出不良が発生するのを抑制し、安定した噴射性能を得ることができる。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列において、前記第1方向で対向する前記噴射チャネル同士は、前記第1方向に沿って同一直線上に配置され、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列において、前記第1方向で対向する前記ダミーチャネル同士は、前記第1方向に同一直線上に配置されていてもよい。
この構成によれば、各チャネル列において、第1方向で対向する噴射チャネル同士及びダミーチャネル同士が第2方向にオフセットしている場合に比べて、噴射チャネル及びダミーチャネルそれぞれを面対称に形成し易くなる。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列の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前記第1方向の両端面でそれぞれ開放され、前記アクチュエータプレートのうち、前記第1チャネル列と前記第2チャネル列との間に位置する部分には、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列の前記ダミーチャネル同士を連通させる連通部が形成され、前記連通部は、前記ダミーチャネルと溝深さが同等に形成されていてもよい。
この構成によれば、各チャネル列において第1方向で対向するダミーチャネル同士を連通させる連通部がダミーチャネルと同等の溝深さに形成されているため、ダミーチャネルをより確実に面対称に形成し易くなる。また、例えば無電解めっき等により各チャネル内に電極を形成する場合において、仮にダミーチャネルや連通部の底面に電極材料が付着した際、この電極材料をダミーチャネルや連通部に亘ってまとめて除去できる。これにより、各チャネル列において、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形成された個別電極同士が、ダミーチャネルの底面を介して導通するのを抑制できる。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記噴射チャネルの内面に形成された共通電極と、前記ダミーチャネルの内面のうち、前記第2方向で対向する内側面に形成された個別電極と、を備えていてもよい。
この構成によれば、各電極に駆動電圧を印加すると、噴射チャネルを画成する2つ駆動壁に厚み滑り変形が生じることで、噴射チャネルの容積が変化する。その後、各電極に印加した駆動電圧をゼロにすることで、駆動壁が復元して噴射チャネルの容積が元に戻る。上述した変形の過程において、噴射チャネルの容積が増大することにより、液体が噴射チャネル内に誘導される。一方、噴射チャネルの容積が縮小することで、噴射チャネルの内部の圧力が増加し、液体が加圧される。その結果、噴射孔を通して液体が外部に噴射され被記録媒体に文字や画像等を記録することができる。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記アクチュエータプレートの主面、若しくは前記主面とは反対面には、前記噴射チャネルを間に挟んで前記第2方向で対向する前記個別電極同士を接続する個別パッドが形成されていてもよい。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記アクチュエータプレートの主面、若しくは前記主面とは反対面には、前記共通電極に接続された共通パッドが形成されていてもよい。
この構成によれば、アクチュエータプレートの主面、若しくは主面とは反対面において、個別パッドや共通パッドを介して個別電極や共通電極と外部配線との接続を行うことができる。これにより、構成の簡素化を図ることができる。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記アクチュエータプレートのうち、前記第1チャネル列と前記第2チャネル列との間に位置する部分には、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列のうち前記第1方向で対向する前記ダミーチャネル同士を連通させる連通部が形成され、前記個別電極は、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列で対応する前記ダミーチャネル及び前記連通部の内面において、前記連通部の内面を回避した部分に形成されていてもよい。
この構成によれば、各チャネル列間において、第1方向で対向するダミーチャネルの内面に形成された個別電極同士が連通部の内面を介して導通するのを防止できる。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記アクチュエータプレートのうち、前記第1チャネル列と前記第2チャネル列との間に位置する部分には、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列のうち前記第1方向で対向する前記ダミーチャネル同士を連通させる連通部が形成され、前記アクチュエータプレートのうち、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列間に位置する部分には、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列において、少なくとも前記第1方向で対向する前記ダミーチャネル同士の間で前記個別電極同士を電気的に分離する分断溝が形成されていてもよい。
この構成によれば、例えば無電解めっき等により各チャネル内に電極を形成する場合において、各チャネル列同士の第1方向で対向するダミーチャネル内の個別電極同士を分断溝によって分断できる。これにより、連通部を介して連通するダミーチャネルの内面に形成された個別電極同士が連通部の内面を介して導通するのを防止できる。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記分断溝の内面には、前記噴射チャネルを間に挟んで前記第2方向で対向する前記個別電極同士を接続するバイパス電極が形成されていてもよい。
この構成によれば、噴射チャネルを間に挟んで第2方向で対向する個別電極同士をバイパス電極によって接続することで、導通の信頼性を確保できる。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記噴射チャネル及び前記ダミーチャネルの溝深さ方向を第3方向とすると、前記アクチュエータプレートは、前記第3方向で分極方向が異なる第1圧電板及び第2圧電板が前記第3方向で積層されて構成され、前記共通電極は、前記噴射チャネルの内面において前記第1圧電板及び前記第2圧電板に跨って形成され、前記個別電極は、前記ダミーチャネルの内面のうち、前記第2方向で対向する内側面で前記第1圧電板及び前記第2圧電板に跨って形成されていてもよい。
ところで、アクチュエータプレートで発生する熱量は、噴射チャネルとダミーチャネルとの間を仕切る駆動壁の静電容量に比例するとともに、電圧の二乗に比例する。そのため、アクチュエータプレートの発熱を抑えるためには、噴射チャネル(駆動壁)を低電圧で変形させることが好ましい。
そこで、本発明の構成では、各チャネルの内面において第1圧電板及び第2圧電板に跨るように共通電極及び個別電極をそれぞれ形成することで、各電極の面積を増加させ噴射チャネル(駆動壁)を低電圧で変形させることができる。これにより、噴射チャネルの狭ピッチ化に伴い駆動壁の第2方向の幅を狭くしたとしても、静電容量の増加に伴う液体噴射ヘッドの発熱を抑えることができる。
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記噴射孔は、前記第1チャネル列の前記噴射チャネルに各別に連通する第1噴射孔と、前記第2チャネル列の前記噴射チャネルに各別に連通する第2噴射孔と、を有し、前記第1噴射孔及び前記第2噴射孔は、前記第2方向で互い違いに配列されていてもよい。
この構成によれば、各噴射孔が第2方向で互い違いに配置されているため、被記録媒体上において、液体噴射ヘッドを第1チャネル列及び第2チャネル列の延在方向に直交する方向に走査しながら各噴射孔から吐出される液体を第2方向に沿う同一直線上に着弾させることで、同一の直線上に着弾する液体の密度を向上させることができる。これにより、高分解能化を実現できる。
本発明に係る液体噴射装置は、上記本発明に係る液体噴射ヘッドと、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している。
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、高性能で信頼性に優れたプリンタを提供できる。
本発明によれば、安定した吐出性能を得ることができる。
インクジェットプリンタの概略構成図である。 インクジェットヘッド及びインク循環手段の概略構成図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドにおいて、カバープレートを取り外した状態を示す平面図である。 図3のIV−IV線に相当する断面図である。 図3のV−V線に相当する断面図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第1実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 第2実施形態に係るインクジェットヘッドの図4に相当する断面図である。 第2実施形態に係るインクジェットヘッドの図5に相当する断面図である。 第2実施形態のインクジェットヘッドの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第3実施形態に係るインクジェットヘッドにおいて、カバープレートを取り外した状態を示す平面図である。 図21のXXII−XXII線に相当する断面図である。 図21のXXIII−XXIII線に相当する断面図である。 第3実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第3実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 、第4実施形態に係るインクジェットヘッドにおいて、カバープレートを取り外した状態を示す平面図である。 第4実施形態に係るインクジェットヘッドの図22に相当する断面図である。 第5実施形態に係るインクジェットヘッドの図23に相当する断面図である。 第5実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第6実施形態に係るインクジェットヘッドにおいて、カバープレートを取り外した状態を示す平面図である。 第7実施形態に係るインクジェットヘッドにおいて、カバープレートを取り外した状態を示す平面図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、本発明の液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置の一例として、インク(液体)を利用して被記録媒体に記録を行うインクジェットプリンタ(以下、単にプリンタという)を例に挙げて説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
(第1実施形態)
[プリンタ]
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、本実施形態のプリンタ1は、紙等の被記録媒体Pを搬送する一対の搬送手段2,3と、インクが収容されたインクタンク4と、被記録媒体Pに液滴状のインクを吐出するインクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)5と、インクタンク4とインクジェットヘッド5との間でインクを循環させるインク循環手段6と、インクジェットヘッド5を被記録媒体Pの搬送方向(以下、X方向とする。)と直交する方向(被記録媒体Pの幅方向(以下、Y方向とする。))に走査させる走査手段(移動機構)7と、を備えている。なお、図中Z方向はX方向及びY方向と直交する高さ方向を示す。
搬送手段2は、Y方向に延設されたグリッドローラ11と、グリッドローラ11に平行に延設されたピンチローラ12と、グリッドローラ11を軸回転させるモータ等の駆動機構(不図示)と、を備えている。同様に、搬送手段3は、Y方向に延設されたグリッドローラ13と、グリッドローラ13に平行に延設されたピンチローラ14と、グリッドローラ13を軸回転させる駆動機構(不図示)と、を備えている。
インクタンク4は、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの四色のインクのインクタンク4Y,4M,4C,4BがX方向に並んで設けられている。
図2はインクジェットヘッド5及びインク循環手段6の概略構成図である。
図1、図2に示すように、インク循環手段6は、インクジェットヘッド5にインクを供給するインク供給管21及びインクジェットヘッド5からインクを排出するインク排出管22を有する循環流路23と、インク供給管21に接続された加圧ポンプ24と、インク排出管22に接続された吸引ポンプ25と、を備えている。なお、インク供給管21及びインク排出管22は、インクジェットヘッド5を支持する走査手段7の動作に対応可能な可撓性を有するフレキシブルホースからなる。
加圧ポンプ24は、インク供給管21内を加圧し、インク供給管21を介してインクジェットヘッド5にインクを送り出している。これにより、インクジェットヘッド5に対してインク供給管21側は正圧となっている。
吸引ポンプ25は、インク排出管22内を減圧し、インクジェットヘッド5からインクを吸引している。これにより、インクジェットヘッド5に対してインク排出管22側は負圧となっている。そして、インクは、加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25の駆動により、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間を、循環流路23を介して循環可能となっている。
図1に示すように、走査手段7は、Y方向に延設された一対のガイドレール31,32と、一対のガイドレール31,32に移動可能に支持されたキャリッジ33と、キャリッジ33をY方向に移動させる駆動機構34と、を備えている。駆動機構34は、一対のガイドレール31,32の間に配設された一対のプーリ35,36と、一対のプーリ35,36間に巻回された無端ベルト37と、一方のプーリ35を回転駆動させる駆動モータ38と、を備えている。
一対のプーリ35,36は、一対のガイドレール31,32の両端部間にそれぞれ配設されている。無端ベルト37は、一対のガイドレール31,32間に配設されている。この無端ベルト37にキャリッジ33が連結されている。キャリッジ33には、複数のインクジェットヘッド5として、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの四色のインクのインクジェットヘッド5Y,5M,5C,5BがY方向に並んで搭載される。なお、上述した搬送手段2,3及び走査手段7により、インクジェットヘッド5と被記録媒体Pとを相対的に移動させる移動機構を構成している。
<インクジェットヘッド>
次に、上述したインクジェットヘッド5について詳述する。なお、インクジェットヘッド5Y,5M,5C,5B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、以下の説明ではまとめてインクジェットヘッド5として説明する。
図3は、インクジェットヘッド5において、カバープレート53を取り外した状態を示す平面図である。図4は、図3のIV−IV線に相当する断面図である。図5は、図3のV−V線に相当する断面図である。
図3〜図5に示すように、各インクジェットヘッド5は、後述する吐出チャネル61におけるチャネル延在方向(第1方向)の中央部からインクを吐出する、いわゆるサイドシュートタイプのうち、インクタンク4との間でインクを循環させる循環式のインクジェットヘッド5である。また、本実施形態のインクジェットヘッド5は、複数のノズル孔75,76からなるノズル列73,74が二列に亘って形成された二列タイプのインクジェットヘッド5である。
図4、図5に示すように、インクジェットヘッド5は、ノズルプレート(噴射孔プレート)51、アクチュエータプレート52及びカバープレート53を主に備えている。そして、インクジェットヘッド5は、これらノズルプレート51、アクチュエータプレート52及びカバープレート53がこの順で接着剤等によりZ方向に積層された構成とされている。なお、以下の説明では、上述したZ方向のうち、カバープレート53側を上方、ノズルプレート51側を下方として説明する。
<アクチュエータプレート>
アクチュエータプレート52は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料で形成されたプレートである。アクチュエータプレート52は、その分極方向が厚さ方向(Z方向)に沿って一方向に設定された、いわゆるモノポール基板である。アクチュエータプレート52には、X方向(第2方向)に間隔をあけて並設された複数のチャネル61,62からなるチャネル列(第1チャネル列63及び第2チャネル列64)が2列配設されている。なお、以下の説明では、主に第1チャネル列63について説明し、第2チャネル列64における第1チャネル列63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。
図3に示すように、第1チャネル列63は、インクが充填される吐出チャネル(噴射チャネル)61と、インクが充填されないダミーチャネル62と、を有している。各チャネル61,62は、X方向に交互に並んでいる。アクチュエータプレート52のうち、吐出チャネル61及びダミーチャネル62間に位置する部分は、吐出チャネル61及びダミーチャネル62間をX方向で仕切る駆動壁65を構成している。
吐出チャネル61は、Z方向から見た平面視において、Y方向に沿って延在している。具体的に、本実施形態の吐出チャネル61は、Z方向から見た平面視において、Y方向に対して交差する方向(以下、単にチャネル延在方向という。)に延在している。
図4に示すように、吐出チャネル61は、X方向から見た平面視において、下方に向けて凸の湾曲形状に形成されている。具体的に、吐出チャネル61は、チャネル延在方向の両端部に位置する切り上がり部61aと、各切り上がり部61a間に位置する中間部61bと、を有している。
切り上がり部61aは、チャネル延在方向の外側に向かうに従い上方に向けて湾曲しながら延在している。
中間部61bは、アクチュエータプレート52をZ方向に貫通している。
図3に示すように、ダミーチャネル62は、アクチュエータプレート52のうち、各吐出チャネル61に対してX方向の両側において、吐出チャネル61と平行に延在している。図5に示すように、ダミーチャネル62は、Z方向(第3方向)における溝深さが全体に亘って一様に形成されている。本実施形態において、ダミーチャネル62は、アクチュエータプレート52をZ方向に貫通している。ダミーチャネル62におけるチャネル延在方向の外側端部は、アクチュエータプレート52におけるY方向の外側端面上で開口している。また、本実施形態において、ダミーチャネル62におけるチャネル延在方向の長さは、吐出チャネル61よりも長くなっている。したがって、X方向から見た側面視において、ダミーチャネル62は、吐出チャネル61の全体と重なり合うとともに、チャネル延在方向の両端部が吐出チャネル61よりもチャネル延在方向の外側に突出している。なお、上述したダミーチャネル62の長さは、チャネル延在方向において、後述する連通部89とダミーチャネル62との境界部分からアクチュエータプレート52におけるY方向の外側端面までの距離である。一方、吐出チャネル61の長さは、チャネル延在方向において、切り上がり部61aの両端縁間の距離である。
図3、図4に示すように、吐出チャネル61の内面には、共通電極66が形成されている。共通電極66は、吐出チャネル61の内面のうち、全周(X方向で対向する内側面及び切り上がり部61aの底面)に亘って連続的に形成されている。
なお、図4に示すように、切り上がり部61aの終端(チャネル延在方向の外側端縁)の位置は、後述するカバープレート53の入口側共通インク室(第1入口側共通インク室81a及び第2入口側共通インク室82a)及び出口側共通インク室(第1出口側共通インク室81b及び第2出口側共通インク室82b)のZ方向真下に形成した供給スリット84、87及び排出スリット85,88の開口端(供給スリット84のチャネル延在方向における図面右側の端部、供給スリット87のチャネル延在方向における図面左側の端部、排出スリット85のチャネル延在方向における図面左側の端部及び排出スリット88のチャネル延在方向における図面右側の端部)と一致している。そこで、共通電極66は、切り上がり部61aの終端の位置まで形成されている。
また、共通電極66は、吐出チャネル61の上端縁からZ方向の中央部に至る範囲に形成されている。
アクチュエータプレート52のうち、吐出チャネル61に対してY方向の外側に位置する部分(以下、単に尾部という。)の上面には、共通パッド67が形成されている。共通パッド67は、チャネル延在方向に延びる帯状に形成されている。共通パッド67は、チャネル延在方向の内側端部が共通電極66に接続され、チャネル延在方向の外側端部が尾部上で終端している。
図3、図5に示すように、アクチュエータプレート52の駆動壁65のうち、各ダミーチャネル62を画成する面(ダミーチャネル62の内面)には、個別電極71が形成されている。個別電極71は、ダミーチャネル62の内面のうち、X方向で対向する内側面に各別に形成されている。したがって、各個別電極71のうち、同一のダミーチャネル62内で対向する個別電極71同士は、互いに電気的に分離されている。また、個別電極71は、ダミーチャネル62の上端縁からZ方向の中央部に至る範囲に形成されている。図示の例において、個別電極71は、ダミーチャネル62におけるチャネル延在方向の全域に亘って形成されている。
図3に示すように、アクチュエータプレート52における尾部の上面には、吐出チャネル61を挟んでX方向で対向する個別電極71同士を接続する個別パッド72が形成されている。個別パッド72は、アクチュエータプレート52の尾部において、上述した共通パッド67よりもY方向の外側に位置する部分をX方向に延在している。個別パッド72におけるX方向の一端部は、吐出チャネル61に対してX方向の一端側に位置するダミーチャネル62内において、X方向の他端側に形成された個別電極71に接続されている。一方、個別パッド72におけるX方向の他端部は、吐出チャネル61に対してX方向の他端側に位置するダミーチャネル62内において、X方向の一端側に形成された個別電極71に形成されている。
なお、図4、図5に示すように、上述した尾部には、図示しない制御手段と各パッド67,72とを接続するフレキシブルプリント基板69,70が実装される。これにより、フレキシブルプリント基板69,70を介して制御手段から各電極66,71に駆動電圧が印加される。
第2チャネル列64は、第1チャネル列63と同様に、吐出チャネル61及びダミーチャネル62がX方向に交互に並んで構成されている。第2チャネル列64の吐出チャネル61及びダミーチャネル62は、第1チャネル列63の吐出チャネル61及びダミーチャネル62と同等の配列ピッチで形成されている。この場合、各チャネル列63,64において、チャネル延在方向で対向する吐出チャネル61同士は、そのチャネル延在方向が同一直線上に配置されている。また、各チャネル列63,64において、チャネル延在方向で対向するダミーチャネル62同士は、そのチャネル延在方向が同一直線上に配置されている。
<ノズルプレート>
図4、図5に示すように、ノズルプレート51は、アクチュエータプレート52の下面に接着されている。本実施形態において、ノズルプレート51は、吐出チャネル61の中間部61b及びダミーチャネル62を下方から閉塞している。
ノズルプレート51には、X方向に互いに平行に延びるノズル列(第1ノズル列73及び第2ノズル列74)がY方向に間隔をあけて2列配設されている。
第1ノズル列73は、ノズルプレート51をZ方向に貫通する複数の第1ノズル孔(第1噴射孔)75を有している。各第1ノズル孔75は、X方向に間隔をあけて一直線上に並設されている。これら第1ノズル孔75は、上述した第1チャネル列63の吐出チャネル61内に連通している。具体的に、第1ノズル孔75は、第1チャネル列63の吐出チャネル61において、チャネル延在方向の中央部に位置するように形成されている。第1ノズル孔75は、X方向において第1チャネル列63の吐出チャネル61と同等の配列ピッチで形成されている。
第2ノズル列74は、ノズルプレート51をZ方向に貫通する複数の第2ノズル孔(第2噴射孔)76を有している。各第2ノズル孔76は、第1ノズル列73と平行にX方向に間隔をあけて一直線上に並設されている。各第2ノズル孔76は、上述した第2チャネル列64の吐出チャネル61内に連通している。具体的に、第2ノズル孔76は、第2チャネル列64の吐出チャネル61において、チャネル延在方向の中央部に位置するように形成されている。第2ノズル孔76は、X方向において第2チャネル列64の吐出チャネル61と同等の配列ピッチで形成されている。したがって、各チャネル列63,64のダミーチャネル62は、ノズル孔75,76には連通しておらず、ノズルプレート51により下方から覆われている。なお、各ノズル孔75,76は、下方に向かうに従い漸次縮径するテーパ状とされている。
図3に示すように、各ノズル孔75,76は、X方向にオフセットした位置に形成されている。すなわち、各ノズル孔75,76は、X方向で互い違い(千鳥状)に配列されている。なお、各ノズル孔75,76のオフセット量は、適宜設計変更が可能である。例えば、各ノズル孔75,76が半ピッチずれていても構わない。
<カバープレート>
図4、図5に示すように、カバープレート53は、各チャネル列63,64を閉塞するようにアクチュエータプレート52の上面に接着されている。カバープレート53は、上述したアクチュエータプレート52に対してY方向の幅が短く形成されている。この場合、アクチュエータプレート52の尾部のうち、カバープレート53に対してY方向の外側に位置する部分に上述した共通パッド67及び個別パッド72が露出している。そして、これら共通パッド67及び個別パッド72に上述したフレキシブルプリント基板69,70が接続される。
カバープレート53には、入口側共通インク室(第1入口側共通インク室81a及び第2入口側共通インク室82a)及び出口側共通インク室(第1出口側共通インク室81b及び第2出口側共通インク室82b)が形成されている。なお、以下の説明では、主に第1入口側共通インク室81a及び第1出口側共通インク室81bについて主に説明する。
図4に示すように、第1入口側共通インク室81aは、カバープレート53のうち、第1チャネル列63(吐出チャネル61及びダミーチャネル62)におけるY方向の内側端部とZ方向で対向する部分に形成されている。第1入口側共通インク室81aは、下方に向けて窪むとともに、X方向に延びる凹溝状に形成されている。第1入口側共通インク室81aにおけるX方向の両端部は、第1チャネル列63よりもX方向の外側に位置している。第1入口側共通インク室81aのうち、吐出チャネル61に対応する位置(Z方向で対向する位置)には、カバープレート53をZ方向に貫通する供給スリット84がそれぞれ形成されている。
第1出口側共通インク室81bは、カバープレート53のうち、第1チャネル列63(吐出チャネル61及びダミーチャネル62)におけるY方向の外側端部とZ方向で対向する部分に形成されている。第1出口側共通インク室81bは、下方に向けて窪むとともに、X方向に沿って延設された凹溝状に形成されている。第1出口側共通インク室81bにおけるX方向の両端部は、第1チャネル列63よりもX方向の外側に位置している。第1出口側共通インク室81bのうち、吐出チャネル61に対応する位置(Z方向で対向する位置)には、カバープレート53をZ方向に貫通する排出スリット85がそれぞれ形成されている。
したがって、第1入口側共通インク室81a及び第1出口側共通インク室81bは、それぞれ供給スリット84及び排出スリット85を通して各吐出チャネル61に連通する一方、ダミーチャネル62には連通していない。すなわち、各ダミーチャネル62は、第1入口側共通インク室81a及び第1出口側共通インク室81bの底部によって閉塞されている。
第2入口側共通インク室82aは、カバープレート53のうち、第2チャネル列64(吐出チャネル61及びダミーチャネル62)におけるY方向の内側端部とZ方向に対向する部分に形成されている。また、第2出口側共通インク室82bは、カバープレート53のうち、第2チャネル列64(吐出チャネル61及びダミーチャネル62)におけるY方向の外側端部とZ方向に対向する部分に形成されている。
第2入口側共通インク室82a及び第2出口側共通インク室82bのうち、吐出チャネル61に対応する位置(Z方向で対向する位置)には、供給スリット87及び排出スリット88がそれぞれ形成されている。
ここで、図3、図5に示すように、上述したアクチュエータプレート52において、各チャネル列63,64のチャネル延在方向で対向するダミーチャネル62間に位置する部分には、各ダミーチャネル62内を連通させる連通部89が形成されている。連通部89は、Z方向における深さがダミーチャネル62の溝深さと同等に形成されている。すなわち、アクチュエータプレート52において、各ダミーチャネル62及び連通部89が一様な深さになっている。
この場合、各チャネル列63,64のダミーチャネル62それぞれは、チャネル延在方向における中心を通りチャネル延在方向に直交する面に対して面対称に形成されている。
一方、各チャネル列63,64の吐出チャネル61それぞれについても、チャネル延在方向における中心を通りチャネル延在方向に直交する面に対して面対称に形成されている。なお、連通部89の内面には、上述した個別電極71は形成されていない。そのため、各チャネル列63,64のうち、チャネル延在方向で対向するダミーチャネル62に形成された個別電極71は、連通部89によって互いに電気的に分離されている。
なお、個別電極71におけるチャネル延在方向の内側終端は、入口側共通インク室(第1入口側共通インク室81a及び第2入口側共通インク室82a)の真下の位置よりもチャネル延在方向の内側に入り込んで形成されている。また、本実施形態に限らず、個別電極71におけるチャネル延在方向の内側終端は、入口側共通インク室(第1入口側共通インク室81a及び第2入口側共通インク室82a)の真下の位置と一致していても構わない。言い換えれば、上述した共通電極66と比較して、個別電極71のチャネル延在方向の長さは、共通電極66のチャネル延在方向の長さと同じかそれよりも長くなっていれば構わない。
このようにしたことによって、吐出チャネル61の駆動壁65は、チャネル延在方向の全長において共通電極66及び個別電極71により挟まれているため、駆動壁65の駆動バランスが良く、液滴状のインクをノズル孔75,76からZ方向の真下に向かって噴射することができる。
[プリンタの動作方法]
次に、上述したように構成されたプリンタ1を利用して、被記録媒体P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4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。また、インクタンク4内のインクがインク循環手段6を介してインクジェットヘッド5内に充填された状態となっている。
このような初期状態のもと、プリンタ1を作動させると、搬送手段2,3のグリッドローラ11,13が回転することで、これらグリッドローラ11,13及びピンチローラ12,14間に被記録媒体Pを搬送方向(X方向)に向けて搬送する。また、これと同時に駆動モータ38がプーリ35,36を回転させて無端ベルト37を動かす。これにより、キャリッジ33がガイドレール31,32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5より4色のインクを被記録媒体P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。
ここで、各インクジェットヘッド5の動きについて、以下に詳細に説明する。
本実施形態のようなサイドシュートタイプのうち、循環式のインクジェットヘッド5では、まず図2に示す加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25を作動させることで、循環流路23内にインクを流通させる。この場合、インク供給管21を流通するインクは、各入口側共通インク室81a,82aを通り、供給スリット84,87を介して各チャネル列63,64の吐出チャネル61内に供給される。また、各吐出チャネル61内のインクは、排出スリット85.88を介して各出口側共通インク室81b,82b内に流入し、その後インク排出管22に排出される。インク排出管22に排出されたインクは、インクタンク4に戻された後、再びインク供給管21に供給される。これにより、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間でインクを循環させる。
そして、キャリッジ33(図1参照)によって往復移動が開始されると、制御手段はフレキシブルプリント基板69,70を介して電極66,71に駆動電圧を印加する。すると、吐出チャネル61を画成する2つ駆動壁65に厚み滑り変形が生じ、これら2つの駆動壁65がダミーチャネル62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52は分極方向が一方向であり、電極66,71が駆動壁65のZ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66,71間に電圧を印加することで、駆動壁65におけるZ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61があたかも膨らむように変形する。
このように、2つの駆動壁65の圧電厚み滑り効果による変形によって、吐出チャネル61の容積が増大する。そして、吐出チャネル61の容積が増大したことにより、入口側共通インク室81a,82a内に貯留されたインクが吐出チャネル61内に誘導される。そして、吐出チャネル61の内部に誘導されたインクは、圧力波となって吐出チャネル61の内部に伝播し、この圧力波がノズル孔75,76に到達したタイミングで、電極66,71に印加した駆動電圧をゼロにする。これにより、駆動壁65が復元し、一旦増大した吐出チャネル61の容積が元の容積に戻る。この動作によって、吐出チャネル61の内部の圧力が増加し、インクが加圧される。その結果、液滴状のインクがノズル孔75,76を通って外部に吐出されることで、上述したように被記録媒体Pに文字や画像等を記録することができる。
[インクジェットヘッドの製造方法]
次に、上述したインクジェットヘッド5の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、主にアクチュエータプレート52の製造方法について説明する。図6はインクジェットヘッド5の製造方法を説明するためのフローチャートである。図7〜図17は、インクジェットヘッド5の製造方法を説明するための工程図である。
図6〜図8に示すように、まずアクチュエータプレート52の上面に、後述する電極形成工程(S5)で用いる第1マスク91を形成する(第1マスク工程(S1))。具体的には、まず例えば感光性ドライフィルム等のマスク材料をアクチュエータプレート52の上面に貼り付ける。その後、フォトリソグラフィ技術を用いてマスク材料をパターニングすることで、マスク材料のうち上述した各パッド67,72の形成領域に位置する部分のマスク材料を除去する。これにより、各パッド67,72の形成領域に位置する部分に開口部を有する第1マスク91が形成される。
次に、図6、図9に示すように、吐出チャネル61となる第1凹部90をアクチュエータプレート52に形成する(第1凹部形成工程(S2))。本実施形態の第1凹部形成工程(S2)は、ダイシングブレードを用いた切削加工により第1凹部90を形成する。具体的には、アクチュエータプレート52の上面側からダイシングブレードを進入させ、アクチュエータプレート52に所定深さの第1凹部90を形成する。なお、第1凹部90は、X方向から見た側面視でダイシングブレードの曲率半径に倣った円弧状とされるとともに、Z方向における深さがアクチュエータプレート52を貫通させない程度の深さになっている。
その後、アクチュエータプレート52に対して上述した第1凹部90をX方向及び上述したチャネル延在に間隔をあけて形成する。このとき、チャネル延在方向で隣り合う第1凹部90同士(各チャネル列63,64の各吐出チャネル61のうち、チャネル延在方向で対向する吐出チャネル61同士)が、同一直線上に配置されるように形成する。
次に、図6、図10に示すように、アクチュエータプレート52に対してダミーチャネル62及び連通部89となる第2凹部92を形成する(第2凹部形成工程(S3))。第2凹部形成工程(S3)は、上述した第1凹部形成工程(S2)と同様に、ダイシングブレードを用いた切削加工等により行う。具体的には、アクチュエータプレート52のうち、第1凹部90に対してX方向の両側に位置する部分に上面側からダイシングブレードを進入させる。このとき、第2凹部92は、アクチュエータプレート52におけるチャネル延在方向の全体を一様な溝深さで形成する。
次に、図6、図11、図12に示すように、アクチュエータプレート52の上面に、後述する電極形成工程(S5)で用いる第2マスク94をセットする(第2マスク工程(S4))。第2マスク工程(S4)では、アクチュエータプレート52の上面のうち、Y方向における各チャネル列63,64間に位置する部分を覆うように第2マスク94をセットする。この場合、図11に示すように、第1凹部90は、第2マスク94を通して全て開口している。一方、図12に示すように、第2凹部92は、ダミーチャネル62に相当する部分のみが第2マスク94を通して開口している(連通部89に相当する部分は第2マスク94によって被覆されている。)。なお、第2マスク94としては、例えばメタルマスクや感光性ドライフィルム等を用いることができる。
続いて、図6、図13、図14に示すように、アクチュエータプレート52に対して各電極66,71及び各パッド67,72を形成する(電極形成工程(S5))。電極形成工程(S5)では、アクチュエータプレート52の上方から斜め蒸着法を行う。すると、アクチュエータプレート52の上面や各凹部90,92の内面に各マスク91,94の開口部を通して電極材料が成膜される。このとき、第2凹部92内において、連通部89に相当する部分は第2マスク94によって被覆されているため、電極材料が成膜されない。なお、電極形成工程(S5)の終了後には、アクチュエータプレート52の上面からマスク91,94を除去する。
次に、図6、図15に示すように、アクチュエータプレート52の上面にカバープレート53を接合する(カバープレート接合工程(S6))。具体的には、各供給スリット84,87が第1凹部90におけるチャネル延在方向の内側端部でそれぞれ連通し、かつ各排出スリット85,88が第1凹部90におけるチャネル延在方向の外側端部でそれぞれ連通するように、カバープレート53をアクチュエータプレート52に接合する。
続いて、図6、図16、図17に示すように、各凹部90,92がアクチュエータプレート52を貫通するように、アクチュエータプレート52を下面側から研削する(研削工程(S7))。これにより、アクチュエータプレート52に吐出チャネル61及びダミーチャネル62が形成される。また、アクチュエータプレート52のうち、各チャネル列63,64のダミーチャネル62間に位置する部分には、各ダミーチャネル62同士を連通させる連通部89が形成される。
その後、図4〜図6に示すように、アクチュエータプレート52の下面にノズルプレート51を接合する(ノズルプレート接合工程(S8))。
さらに、アクチュエータプレート52の尾部にフレキシブルプリント基板69,70を実装する。
以上により、本実施形態のインクジェットヘッド5が作製される。なお、上述した実施形態では、第2凹部92のうち連通部89に相当する部分を第2マスク94によって被覆する構成について説明したが、これに限られない。例えば、第2凹部92のうち連通部89に相当する部分を第1マスク91によって被覆しても構わない。
このように、本実施形態では、吐出チャネル61及びダミーチャネル62が、それぞれチャネル延在方向の中心を通りチャネル延在方向に直交する面に対して面対称に形成されている構成とした。
この構成によれば、インク吐出時において、吐出チャネル61が拡縮変形する際、チャネル延在方向の一端側と他端側とをバランスよく変形させることができる。これにより、偏向等の吐出不良が発生するのを抑制し、安定した吐出性能を得ることができる。しかも、本実施形態では、ダミーチャネル62が吐出チャネル61に比べてチャネル延在方向に長く形成されているため、吐出チャネル61におけるチャネル延在方向の全体をスムーズに変形させることができる。
また、本実施形態では、各チャネル列63,64のチャネル延在方向で対向する吐出チャネル61同士及びダミーチャネル62同士がそれぞれ同一直線上に配置されている構成とした。
この構成によれば、例えば吐出チャネル61同士及びダミーチャネル62同士がX方向にオフセットしている場合に比べて、吐出チャネル61及びダミーチャネル62それぞれを面対称に形成し易くなる。
特に、各チャネル列63,64において、チャネル延在方向で対向するダミーチャネル62同士を連通させる連通部89がダミーチャネル62と同等の溝深さに形成されているため、ダミーチャネル62をより確実に面対称に形成し易くなる。
また、本実施形態では、蒸着法によって各電極66,71やパッド67,72を形成することで、低コスト化を図ることができる。しかも、マスク91,94を用いて蒸着法を行うことにより、第2凹部92内面のうちチャネル延在方向における連通部89の内面を回避した部分に個別電極71を形成することができる。その結果、各チャネル列63,64間において、チャネル延在方向で対向するダミーチャネル62の内面に形成された個別電極71同士が連通部89の内面を介して導通するのを防止できる。
さらに、各パッド67,72がアクチュエータプレート52の上面に形成されているため、各パッド67,72を介して各電極66,71とフレキシブルプリント基板69,70との接続を行うことができる。これにより、構成の簡素化を図ることができる。
さらに、各ノズル列73,74のノズル孔75,76がX方向及びチャネル延在方向で互い違いに配置されている構成とした。
この構成によれば、被記録媒体P上においてインクジェットヘッド5をY方向に走査しながら、ノズル孔75,76から吐出されるインクをX方向(各チャネル列63,64の延在方向)に沿う同一直線上に着弾させることで、インクの密度を向上させることができる。これにより、高分解能化を実現できる。
そして、本実施形態のプリンタ1では、上述したインクジェットヘッド5を備えているため、高性能で信頼性に優れたプリンタ1を提供できる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、共通電極66aや個別電極71aが各チャネル61,62の下半部に形成されている点で上述した実施形態と相違している。なお、以下の説明では、上述した第1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。
図18は、第2実施形態に係るインクジェットヘッド5の図4に相当する断面図である。
図18に示すインクジェットヘッド5において、共通電極66aは、各吐出チャネル61の内面のうちX方向で対向する内側面に形成されている。共通電極66aは、Z方向において、各吐出チャネル61の下端縁から中央部に至る範囲に形成されている。また、共通電極66aは、チャネル延在方向において、吐出チャネル61の中間部61bと同等の範囲に形成されている。
アクチュエータプレート52のうち尾部の下面には、共通パッド67aが形成されている。共通パッド67aは、チャネル延在方向の内側端部が吐出チャネル61の下端開口縁で共通電極66aに接続され、チャネル延在方向の外側端部が尾部の下面上で終端している。
図19は、第2実施形態に係るインクジェットヘッド5の図5に相当する断面図である。
一方、図19に示すように、個別電極71aは、各ダミーチャネル62の内面のうちX方向で対向する内側面に形成されている。個別電極71aは、Z方向において、各ダミーチャネル62の下端縁から中央部に至る範囲に形成されている。また、ダミーチャネル62は、チャネル延在方向における全域に亘って形成されている。なお、本実施形態においても、連通部89には電極材料が付着しておらず、連通部89を通してチャネル延在方向で対向するダミーチャネル62の個別電極71a同士が連通部89によって電気的に分断されている。
アクチュエータプレート52のうち尾部の下面には、吐出チャネル61を挟んでX方向で対向する個別電極71同士を接続する個別パッド72aが形成されている。個別パッド72aは、尾部の下面において、上述した共通パッド67aよりもY方向の外側に位置する部分をX方向に延在している。
そして、上述したフレキシブルプリント基板69,70は、尾部の下面において、各パッド67a,72aに接続されている。
図20は、第2実施形態のインクジェットヘッド5の製造方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下の説明では、上述した第1実施形態と同様の工程については、説明を省略する。
図20に示すように、本実施形態では、カバープレート接合工程(S6)及び研削工程(S7)を電極形成工程(S4)よりも前に行う点で上述した第1実施形態と相違している。
すなわち、本実施形態のインクジェットヘッド5では、研削工程(S7)の終了後、アクチュエータプレート52の下面に図示しない第1マスク及び第2マスクを配置する。この状態で、アクチュエータプレート52の下面側から蒸着法を行う。これにより、アクチュエータプレート52の下面に各パッド67a,72aが形成される。アクチュエータプレート52の各チャネル61,62内の下半部に各電極66a,71aがそれぞれ形成される。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態では、上述した各電極66,71やパッド67,72を無電解めっきにより形成する点で、上述した第1実施形態と相違している。なお、以下の説明では、上述した第1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。
図21は、第3実施形態に係るインクジェットヘッド5において、カバープレート53を取り外した状態を示す平面図である。図22は、図21のXXII−XXII線に相当する断面図である。図23は、図21のXXIII−XXIII線に相当する断面図である。
図21〜図23に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド5において、アクチュエータプレート152は、分極方向がZ方向で異なる2枚の圧電板(第1圧電板152a及び第2圧電板152b)を積層してなる、いわゆるシェブロン基板である。
この場合、共通電極166は、吐出チャネル61の内面全体に亘って形成されている。また、個別電極171は、ダミーチャネル62の内面のうち、X方向で対向する内側面全体に各別に形成されている。すなわち、個別電極171は、ダミーチャネル62の底面(ノズルプレート51の上面のうち、ダミーチャネル62内に露出する部分)には形成されていない。そのため、同一のダミーチャネル62内において、X方向で対向する個別電極171同士は、電気的に分離されている。
また、アクチュエータプレート152において、各チャネル列63,64間に位置する部分(連通部89が位置する部分)には、各チャネル列63,64間を分断する分断溝101が形成されている。分断溝101は、その溝深さがダミーチャネル62や連通部89の溝深さと同等に形成されている。分断溝101は、アクチュエータプレート152のX方向の全体に亘って形成されている。但し、分断溝101は、X方向の外側端部が各チャネル列63,64よりもX方向の外側に位置していれば構わない。また、分断溝101は、少なくとも各チャネル列63,64のチャネル延在方向で対向するダミーチャネル62間を分断していれば構わない。
次に、第3実施形態のインクジェットヘッド5の製造方法について説明する。図24は、第3実施形態に係るインクジェットヘッド5の製造方法を説明するためのフローチャートである。図25は、インクジェットヘッド5の製造方法を説明するための工程図である。なお、以下の説明では、上述した第1実施形態と同様の工程については、説明を省略する。
図24、図25に示すように、本実施形態の電極形成工程(S5)では、各電極166,171やパッド67,72を無電解めっきにより形成する。電極形成工程(S5)では、まずアクチュエータプレート152のうち、各電極166,171やパッド67,72の形成領域(第1マスク103の開口部から露出する領域)に対して触媒を付与する。具体的には、塩化第1錫水溶液に浸漬させ、アクチュエータプレート152の表面に塩化第1錫を吸着させるセンシタイジング処理を行う。続いて、アクチュエータプレート152を水洗等により軽く洗浄する。その後、アクチュエータプレート152を塩化パラジウム水溶液に浸漬させ、アクチュエータプレート152の表面に塩化パラジウムを吸着させる。すると、アクチュエータプレート152の表面に吸着した塩化パラジウムと、上述したセンシタイジング処理で吸着した塩化第1錫と、の間で酸化還元反応が生じることで、触媒として金属パラジウムが析出される(アクチベーティング処理)。次に、触媒(金属パラジウム)が付与されたアクチュエータプレート152をめっき液に浸漬させることで、アクチュエータプレート152のうち、触媒が付与された部分にめっき被膜110が析出される。
続いて、アクチュエータプレート152に対して分断溝101を形成する(分断溝形成工程(S10))。分断溝形成工程(S10)は、例えばダイシングブレードを用いた切削加工等により行う。具体的には、アクチュエータプレート152のうち、各チャネル列63,64間に位置する部分に上方からダイシングブレードを進入させ、アクチュエータプレート152とダイシングブレードとをX方向に相対移動させる。これにより、めっき被膜110のうち、連通部89内に位置する部分が除去され、各チャネル列63,64のうちチャネル延在方向で対向するダミーチャネル62の個別電極171同士が分断される。
その後、上述した第1実施形態と同様に、カバープレート接合工程(S6)以降の工程を行う。これにより、第3実施形態のインクジェットヘッド5が完成する。なお、各チャネル61,62の内面においてZ方向の全体に亘って電極166,171を形成する方法として、上述した実施形態では無電解めっきを例にして説明したが、これに限らず、蒸着法によって電極166,171を形成しても構わない。また、電極形成工程(S4)の前に、第1実施形態と同様に第2マスク形成工程(S4)を行っても構わない。
本実施形態によれば、上述した第1実施形態と同様の作用効果を奏することに加え、無電解めっきにより各チャネル61,62内にめっき被膜110を形成する場合において、各チャネル列63,64におけるチャネル延在方向で対向するダミーチャネル62内の個別電極171同士を分断溝101によって分断できる。
また、本実施形態では、電極形成工程(S5)の後、研削工程(S6)を行うことで、ダミーチャネル62の底面に付着した電極材料を除去できる。これにより、ダミーチャネル62においてX方向で対向する内側面に形成される個別電極171がダミーチャネル62の底面を介して導通するのを防止できる。
また、連通部89がダミーチャネル62と同等の溝深さに形成されているため、電極形成工程(S5)において、仮に第2凹部92(ダミーチャネル62や連通部89)の底面に電極材料が付着している場合に、この電極材料を研削工程(S6)においてダミーチャネル62や連通部89に亘ってまとめて除去できる。これにより、各チャネル列63,64において、ダミーチャネル62の内面のうちX方向で対向する内側面に形成された個別電極171同士が、ダミーチャネル62の底面を介して導通するのを抑制できる。なお、上述した実施形態では、研削工程(S7)によって第2凹部92の底面に付着した電極材料を除去する構成について説明したが、これに限られない。例えば、レーザーやダイシングブレード等によって第2凹部92の底面に付着した電極材料を除去しても構わない。
ところで、インクジェットヘッド5において、アクチュエータプレート152で発生する熱量をW、アクチュエータプレート152(駆動壁65)の静電容量をC、アクチュエータプレート152に印加する電圧をVとすると、以下の式(1)の関係が成立する。
W=CV2…(1)
上式(1)に示すように、アクチュエータプレート152で発生する熱量Wは駆動壁65の静電容量Cに比例するとともに、電圧Vの二乗に比例する。そのため、アクチュエータプレート152の発熱を抑えるためには、吐出チャネル61(駆動壁65)を低電圧で変形させることが好ましい。
これに対して、本実施形態では、シェブロン基板からなるアクチュエータプレート152の各チャネル61,62の内面においてZ方向の全体に亘って電極166,171を形成することで、各電極166,171の面積を増加させることができる。これにより、吐出チャネル61(駆動壁65)を低電圧で変形させることができるため、狭ピッチ化に伴い駆動壁65のX方向の幅を狭くしたとしても、静電容量Cの増加に伴うインクジェットヘッド5の発熱を抑えることができる。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態では、分断溝101の内面にバイパス電極130が形成されている点で上述した第2実施形態と相違している。図26は、第4実施形態に係るインクジェットヘッド5において、カバープレート53を取り外した状態を示す平面図である。
図26に示すインクジェットヘッド5において、分断溝101の内面(Y方向で対向する内側面)には、バイパス電極130が形成されている。バイパス電極130は、吐出チャネル61を挟んでX方向で対向する個別電極171同士を接続している。バイパス電極130は、分断溝101の内側面全体に亘って形成されている。バイパス電極130におけるX方向の一端部は、吐出チャネル61に対してX方向の一端側に位置するダミーチャネル62内において、X方向の他端側に形成された個別電極171に接続されている。一方、バイパス電極130におけるX方向の他端部は、吐出チャネル61に対してX方向の他端側に位置するダミーチャネル62内において、X方向の一端側に形成された個別電極171に形成されている。
なお、本実施形態のインクジェットヘッド5を製造する場合は、上述した分断溝形成工程(S10)を少なくとも電極形成工程(S5)よりも前に行う。これにより、電極形成工程(S5)において、各電極166,171やパッド67,72の成膜と同時に分断溝101の内側面にバイパス電極130が形成される。
この構成によれば、上述した第2実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、バイパス電極130によって個別電極171同士を接続することで、個別電極171同士の導通の信頼性を確保できる。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態では、各パッド67b,72bがアクチュエータプレート52の下面に形成されている点で上述した第4実施形態と相違している。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。
図27は、第4実施形態に係るインクジェットヘッド5の図22に相当する断面図である。
図27に示すインクジェットヘッド5において、アクチュエータプレート52のうち尾部の下面には、共通パッド67bが形成されている。共通パッド67bは、チャネル延在方向の内側端部が吐出チャネル61の下端開口縁で共通電極166に接続され、チャネル延在方向の外側端部が尾部の下面上で終端している。
図28は、第5実施形態に係るインクジェットヘッド5の図23に相当する断面図である。
図27、図28に示すように、アクチュエータプレート52のうち尾部の下面には、吐出チャネル61を挟んでX方向で対向する個別電極171同士を接続する個別パッド72bが形成されている。個別パッド72bは、尾部の下面において、上述した共通パッド67bよりもY方向の外側に位置する部分をX方向に延在している。
図29は、第2実施形態のインクジェットヘッド5の製造方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下の説明では、上述した第1実施形態と同様の工程については、説明を省略する。
図29に示すように、本実施形態では、まずアクチュエータプレート52の上面に図示しない上面側マスクを配置した後、上述した実施形態と同様に第1凹部形成工程(S2)及び第2凹部形成工程(S3)を行う。
続いて、第1凹部90及び第2凹部92の内面に共通電極66及び個別電極71となる電極材料を形成する(第1電極形成工程(S20))。第1電極形成工程(S20)は、例えば無電解めっき等により行うことができる。なお、第1電極形成工程(S20)の後、上面側マスクを除去する。
その後、上述した実施形態と同様にカバープレート接合工程(S6)及び研削工程(S7)を行う。
次に、アクチュエータプレート52の下面に後述する第2電極形成工程(S40)で用いる下面側マスクを配置する(下面側マスク工程(S30))。下面側マスクは、アクチュエータプレート52の下面のうち、各パッド67b,72bの形成領域に位置する部分に開口部を有している。
次に、アクチュエータプレート52に各パッド67b,72bを形成する(第2電極形成工程(S40))。第2電極形成工程(S40)では、例えば蒸着法等によってアクチュエータプレート52の下面に対して電極材料を成膜する。すると、下面側マスクの開口部を通してアクチュエータプレート52の下面に電極材料が成膜されることで、上述した各パッド67b,72bが形成される。なお、第2電極形成工程(S40)の終了後、アクチュエータプレート52の下面から下面側マスクを除去する。
その後、上述した実施形態と同様に分断溝形成工程(S10)及びノズルプレート接合工程(S8)を行うことで、本実施形態のインクジェットヘッド5が完成する。
(第6実施形態)
次に、第6実施形態について説明する。本実施形態では、チャネル列200〜204が4列形成されている点で上述した実施形態と相違している。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。
図30は、第6実施形態に係るインクジェットヘッド5において、カバープレート53を取り外した状態を示す平面図である。
図30に示すインクジェットヘッド5において、アクチュエータプレート252には、複数のチャネル列(第1チャネル列201、第2チャネル列202、第3チャネル列203及び第4チャネル列204)がY方向に間隔をあけて配列されている。なお、各チャネル列201〜204のうち、Y方向で隣り合うチャネル列同士が請求項の第1チャネル列及び第2チャネル列に相当する。
各チャネル列201〜204は、それぞれ吐出チャネル61及びダミーチャネル62がX方向に交互に並んで形成されている。また、各チャネル列201〜204において、チャネル延在方向で対向する吐出チャネル61同士は、そのチャネル延在方向が同一直線上に配置されている。また、各チャネル列201〜204において、チャネル延在方向で対向するダミーチャネル62同士は、そのチャネル延在方向が同一直線上に配置されている。なお、アクチュエータプレート252において、隣り合うチャネル列201〜204間に位置する部分には、分断溝101が形成されている。
本実施形態において、図示しないノズルプレートには、各チャネル列201〜204の吐出チャネル61に各別に連通するノズル孔211〜214が形成されている。各ノズル孔211〜214は、Y方向における各チャネル列201〜204に対応する位置で、X方向に間隔をあけて配列されてノズル列(第1ノズル列221、第2ノズル列222、第3ノズル列223及び第4ノズル列224)を構成している。
各ノズル列221〜224は、各ノズル孔211〜214がそれぞれX方向で同等のピッチで配列されている。また、各ノズル孔211〜214は、それぞれX方向に互いにオフセットした位置に形成されている。この場合、各ノズル孔211〜214は、例えば各ノズル孔211〜214の配列ピッチの1/4ピッチ毎にオフセットされている。但し、各ノズル孔211〜214のオフセット量は、適宜設計変更が可能である。
なお、各チャネル列201〜204のうち、第1チャネル列201及び第4チャネル列204の各電極166,171は、アクチュエータプレート252におけるY方向の両端部において、各パッド67,72を介して図示しないフレキシブルプリント基板に接続される。また、第2チャネル列202及び第3チャネル列203の各電極166,171は、アクチュエータプレート252における第2チャネル列202及び第3チャネル列203の間に位置する部分において、図示しないカバープレートに形成された貫通孔を通して挿通されるフレキシブルプリント基板に各パッド67,72を介して接続される。なお、フレキシブルプリント基板と各電極166,171との接続方法は適宜変更が可能である。
この構成によれば、インクの密度の更なる向上を図り、高分解能化を実現できる。なお、上述した実施形態では、チャネル列を4列形成した場合について説明したが、3列であっても5列以上の複数列であっても構わない。
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態では、各チャネル61,62のチャネル延在方向をY方向に一致させた点で上述した各実施形態と相違している。図31は、第7実施形態に係るインクジェットヘッド5において、カバープレート53を取り外した状態を示す平面図である。
図31に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド5において、各吐出チャネル61及びダミーチャネル62それぞれは、Y方向(チャネル延在方向(第1方向))に沿って直線状に形成されている。各チャネル列63,64において、各吐出チャネル61同士及びダミーチャネル62同士は、それぞれX方向で同等の配列ピッチで形成されている。したがって、各チャネル列63,64において、吐出チャネル61同士及びダミーチャネル62同士は、それぞれX方向で同等の位置に形成されている。したがって、ノズルプレート51において、各ノズル列73,74の対応するノズル孔75,76同士は、X方向で同等の位置に形成されている。
この構成によれば、各チャネル列63,64の吐出チャネル61がX方向で同等の位置に形成されているため、インクジェットヘッド5の走査方向(Y方向)でのノズル数を増加させることができ、印刷の高速化を実現できる。なお、本実施形態においても、上述した第3実施形態〜第6実施形態の構成を適宜採用することが可能である。また、本実施形態では、各チャネル列63,64それぞれにおいて、吐出チャネル61及びダミーチャネル62の双方を、ノズル孔75,76を通りY方向に直交する面に対して面対称に形成しても構わない。
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンタ1を例に挙げて説明したが、プリンタに限られるものではない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であっても構わない。
上述した実施形態では、共通パッド及び個別パッドがアクチュエータプレートにおける同一の面(上面若しくは下面)に形成された構成について説明したが、これに限られない。例えば共通パッド及び個別パッドのうち、何れか一方のパッドをアクチュエータプレートの上面及び下面のうち一方の面に形成し、他方のパッドを他方の面に形成しても構わない。
上述した実施形態では、ノズル孔が吐出チャネルにおけるY方向若しくはチャネル延在の中央部で吐出チャネル内に連通する構成について説明したが、これに限られない。すなわち、ノズル孔は、吐出チャネルにおけるY方向若しくはチャネル延在の中途部分(アクチュエータプレートを貫通している部分)で吐出チャネル内に連通する構成であれば、中央部からずれていても構わない。
上述した実施形態では、サイドシュートタイプのうち、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間でインクが循環する循環式について説明したが、これに限られない。
上述した実施形態では、ダミーチャネル62がアクチュエータプレートをZ方向に貫通する構成について説明したが、これに限られない。
上述した実施形態では。各チャネル列63,64において、各ダミーチャネル62間を連通する連通部89を形成した構成について説明したが、ダミーチャネル62が面対称に形成されていれば、連通部89を有さない構成であっても構わない。また、吐出チャネル61及びダミーチャネル62を同一形状に形成しても構わない。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせても構わない。
1…インクジェットプリンタ
2…搬送手段(移動機構)
3…搬送手段(移動機構)
5,5B,5C,5M,5Y…インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
7…走査手段(移動機構)
51…ノズルプレート(噴射孔プレート)
52,152,252…アクチュエータプレート
61…吐出チャネル(噴射チャネル)
62…ダミーチャネル
63…第1チャネル列
64…第2チャネル列
66,66a,166…共通電極
67,67a,67b…共通パッド
71,71a,171…個別電極
72,72a,72b…個別パッド
75…第1ノズル孔(第1噴射孔)
76…第2ノズル孔(第2噴射孔)
89…連通部
101…分断溝
130…バイパス電極
201…第1チャネル列(第1チャネル列、第2チャネル列)
202…第2チャネル列(第1チャネル列、第2チャネル列)
203…第3チャネル列(第1チャネル列、第2チャネル列)
204…第4チャネル列(第1チャネル列、第2チャネル列)
210…ノズル孔(噴射孔)
211…ノズル孔(噴射孔)
212…ノズル孔(噴射孔)
213…ノズル孔(噴射孔)
214…ノズル孔(噴射孔)




Claims (12)

  1. アクチュエータプレートと、
    前記アクチュエータプレートに形成され、第1方向に沿って延びるとともに、液体が充填される噴射チャネルと、
    前記アクチュエータプレートに形成され、第1方向に沿って延びるとともに、液体が充填されないダミーチャネルと、
    前記アクチュエータプレートに積層され、前記噴射チャネルにおける前記第1方向の中途部分で前記噴射チャネル内に連通する噴射孔を有する噴射プレートと、を有し、
    前記アクチュエータプレートには、前記噴射チャネル及び前記ダミーチャネルがそれぞれ前記第1方向に交差する第2方向に交互に並設されてなる第1チャネル列及び第2チャネル列が前記第1方向に間隔をあけて形成され、
    前記噴射チャネルは、前記第1方向における前記噴射チャネルの中心を通り前記第1方向に直交する面に対して面対称に形成され、
    前記ダミーチャネルは、前記第1方向における前記ダミーチャネルの中心を通り前記第1方向に直交する面に対して面対称に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
  2. 前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列において、前記第1方向で対向する前記噴射チャネル同士は、前記第1方向に沿って同一直線上に配置され、
    前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列において、前記第1方向で対向する前記ダミーチャネル同士は、前記第1方向に同一直線上に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
  3. 前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列の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前記第1方向の両端面でそれぞれ開放され、
    前記アクチュエータプレートのうち、前記第1チャネル列と前記第2チャネル列との間に位置する部分には、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列の前記ダミーチャネル同士を連通させる連通部が形成され、
    前記連通部は、前記ダミーチャネルと溝深さが同等に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
  4. 前記噴射チャネルの内面に形成された共通電極と、
    前記ダミーチャネルの内面のうち、前記第2方向で対向する内側面に形成された個別電極と、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。
  5. 前記アクチュエータプレートの主面、若しくは前記主面とは反対面には、前記噴射チャネルを間に挟んで前記第2方向で対向する前記個別電極同士を接続する個別パッドが形成されていることを特徴とする請求項4に記載の液体噴射ヘッド。
  6. 前記アクチュエータプレートの主面、若しくは前記主面とは反対面には、前記共通電極に接続された共通パッドが形成されていることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の液体噴射ヘッド。
  7. 前記アクチュエータプレートのうち、前記第1チャネル列と前記第2チャネル列との間に位置する部分には、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列のうち前記第1方向で対向する前記ダミーチャネル同士を連通させる連通部が形成され、
    前記個別電極は、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列で対応する前記ダミーチャネル及び前記連通部の内面において、前記連通部の内面を回避した部分に形成されていることを特徴とする請求項4から請求項6の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。
  8. 前記アクチュエータプレートのうち、前記第1チャネル列と前記第2チャネル列との間に位置する部分には、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列のうち前記第1方向で対向する前記ダミーチャネル同士を連通させる連通部が形成され、
    前記アクチュエータプレートのうち、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列間に位置する部分には、前記第1チャネル列及び前記第2チャネル列において、少なくとも前記第1方向で対向する前記ダミーチャネル同士の間で前記個別電極同士を電気的に分離するする分断溝が形成されていることを特徴とする請求項4から請求項6の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。
  9. 前記分断溝の内面には、前記噴射チャネルを間に挟んで前記第2方向で対向する前記個別電極同士を接続するバイパス電極が形成されていることを特徴とする請求項8に記載の液体噴射ヘッド。
  10. 前記噴射チャネル及び前記ダミーチャネルの溝深さ方向を第3方向とすると、
    前記アクチュエータプレートは、前記第3方向で分極方向が異なる第1圧電板及び第2圧電板が前記第3方向で積層されて構成され、
    前記共通電極は、前記噴射チャネルの内面において前記第1圧電板及び前記第2圧電板に跨って形成され、
    前記個別電極は、前記ダミーチャネルの内面のうち、前記第2方向で対向する内側面で前記第1圧電板及び前記第2圧電板に跨って形成されていることを特徴とする請求項4から請求項9の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。
  11. 前記噴射孔は、
    前記第1チャネル列の前記噴射チャネルに各別に連通する第1噴射孔と、
    前記第2チャネル列の前記噴射チャネルに各別に連通する第2噴射孔と、を有し、
    前記第1噴射孔及び前記第2噴射孔は、前記第2方向で互い違いに配列されていることを特徴とする請求項1から請求項10の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。
  12. 請求項1から請求項11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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