JP2020001306A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】液体吐出ヘッドにおいて、小型化した第一プレートを備えることができる技術を提供する。【解決手段】液体吐出ヘッドは、流路基板30と、第一プレート52および第二プレート40とを備える。第一プレートは、液体を吐出させるノズルを備える。流路基板は、流路基板を厚み方向に貫通し第一プレート側と第二プレート側とのそれぞれに開口を有する第一連通路134と、第一連通路の第一プレート側の開口と第一プレート側で連通し第二プレート側に延伸する第二連通路136と、を備える。第一連通路側に連通する圧力室と圧力室に液体を流通する第一流路とが、第二プレートの一部と流路基板の一部とによって形成される。第二プレートには、圧力室に面した第二プレートの一部を変形させる圧力発生部が設けられる。第二連通路には、液体を流通させる第二流路137が連通される。【選択図】図4

Description

本開示は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。
ノズルから液体を吐出させる液体吐出装置の液体吐出ヘッドでは、液体の貯留室となる共通流路と、ノズルの数に応じた個別流路とを接続した流路を形成する必要がある。例えば、特許文献1では、ノズルを有するノズルプレートと、内部に流路を備える流路基板と、圧力室を有する圧力室基板とによって流路を構成した液体吐出ヘッドが示されている。
特開2012−143948号公報
従来の技術では、流路基板内の流路の壁面がノズルプレートによって構成される場合がある。このような場合、ノズルプレートによって複数の流路の壁面を構成すると、ノズルプレートが大型化してしまうおそれがある。また、ノズルプレート以外の部材で複数の流路の壁面を構成する場合には、例えば別の流路基板を積層することになり、部品点数が多くなるという問題があった。
本開示の一形態によれば、液体を吐出する液体吐出ヘッドが提供される。この液体吐出ヘッドは:前記液体を流通させる流路基板と;前記流路基板の両面に、互いに対向する位置に取付けられた第一プレートおよび第二プレートと;を備える。前記第一プレートは、前記液体を吐出させるノズルを備える。前記流路基板は:前記流路基板を厚み方向に貫通し、前記第一プレート側と前記第二プレート側とのそれぞれに開口を有する第一連通路と;前記第一連通路の前記第一プレート側の前記開口と前記第一プレート側で連通し、前記第二プレート側に延伸する第二連通路と;を備える。前記第一連通路に連通する圧力室と前記圧力室に前記液体を流通する第一流路とが、前記第二プレートの一部と前記流路基板の一部とによって形成されてよい。前記第二プレートには、前記圧力室に面した前記第二プレートの一部を変形させる圧力発生部が設けられてよい。前記流路基板の前記第二連通路には、前記第二プレートの一部と前記流路基板の一部との少なくとも一方により形成されて、前記液体を流通させる第二流路が連通される。
第1実施形態の液体吐出装置の構成を模式的示す説明図。 液体吐出ヘッドの主要なヘッド構成材の上方側からの分解斜視図。 液体吐出ヘッドの主要なヘッド構成材の下方側からの分解斜視図。 図2における4−4線に沿った液体吐出ヘッドの断面図。 図4の流路基板の領域EFでの+Z方向側の表面を表す説明図。 第2実施形態の液体吐出ヘッドの断面図。
A.第1実施形態:
図1は、本発明の第1実施形態の液体吐出装置100の構成を模式的示す説明図である。液体吐出装置100は、液体の一例であるインクの液滴を媒体12に吐出して印刷する、インクジェット方式の印刷装置である。媒体12は、印刷用紙の他、樹脂フィルムや布等の任意の材質の印刷対象を採用可能である。図1以降の各図においては、互いに直交するX方向、Y方向およびZ方向のうち、液体吐出ヘッド26の搬送方向に沿った主走査方向をX方向とし、媒体12の送り方向である副走査方向をY方向とし、インクの吐出方向をZ方向とする。インクの吐出方向は、鉛直方向と平行であってもよいし、それと交差する方向でもよい。以下の説明においては、説明の便宜上、主走査方向を印刷方向と、適宜、称する。また、向きを特定する場合には、正の方向を「+」、負の方向を「−」として、方向表記に正負の符合を併用する。なお、液体吐出装置100は、媒体送り方向(副走査方向)と液体吐出ヘッド26の搬送方向(主走査方向)とが一致する、いわゆるラインプリンタでもよい。
液体吐出装置100は、液体容器14と、媒体12を送り出す搬送機構22と、制御ユニット20と、ヘッド移動機構24と、液体吐出ヘッド26とを備える。液体容器14は、液体吐出ヘッド26から吐出される複数種のインクを個別に貯留する。液体容器14は、ポンプによって構成される図示しない流動機構を備える。液体吐出装置100は、この流動機構によって、液体吐出ヘッド26の内部の流路にインクを通過させて移動し、ノズルNzからインクを吐出するとともに、インクを循環させて液体容器14に再びインクを貯留する。液体容器14としては、可撓性フィルムで形成された袋状のインクパックや、インクを補充可能なインクタンクなどが利用可能である。ノズルNzは、インクを吐出する円形状の貫通孔である。
制御ユニット20は、CPU(Central Processing Unit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、搬送機構22やヘッド移動機構24、液体吐出ヘッド26を統括制御する。搬送機構22は、制御ユニット20の制御下で動作し、媒体12をY方向に沿って搬送する。
ヘッド移動機構24は、媒体12の印刷範囲に亘ってX方向に掛け渡された搬送ベルト23と、液体吐出ヘッド26を収容して搬送ベルト23に固定するキャリッジ25とを備える。ヘッド移動機構24は、制御ユニット20の制御下で動作し、液体吐出ヘッド26を主走査方向に沿ってキャリッジ25ごと往復移動させる。キャリッジ25の往復移動の際、キャリッジ25は図示しないガイドレールにより案内される。なお、液体容器14を液体吐出ヘッド26と共にキャリッジ25に搭載したヘッド構成としてもよい。
液体吐出ヘッド26は、ヘッド構成材をZ方向に積層した積層体である。液体吐出ヘッド26は、図1に示すように、ノズルNzの列を副走査方向に沿って並べたノズル列を備える。液体吐出ヘッド26は、液体容器14が貯留するインク色ごとに用意され、液体容器14から供給されるインクを、制御ユニット20の制御下で、複数のノズルNzから媒体12に向けて吐出する。液体吐出ヘッド26の往復移動の間のノズルNzからのインク吐出により、媒体12に所望の画像等の印刷がなされる。図1の破線で示された矢印は、液体容器14と液体吐出ヘッド26とのインクの移動を模式的に表している。本実施形態の液体吐出ヘッド26は、図示しない流動機構によって液体容器14との間でインクを循環させる。
図2は、液体吐出ヘッド26の主要なヘッド構成材の上方側からの分解斜視図である。図3は、液体吐出ヘッド26の主要なヘッド構成材の下方側からの分解斜視図である。図4は、図2における4−4線に沿った液体吐出ヘッド26の断面図である。図示する各構成部材の厚みは、実際の厚みを示しているものではない。以下、図2から図4を参照して本実施形態の液体吐出ヘッド26のインクの流路構成について説明する。
液体吐出ヘッド26は、内部にインクの流路を形成する流路基板30と、第一プレートであるノズルプレート52と、第二プレートである圧力室基板40と、圧電素子44を保護する保護部材50と、インク供給用の第一ケース部材60と、インク回収用の第二ケース部材70と、第一吸振体53と、第二吸振体54とを備える。なお、第一ケース部材60と第二ケース部材70とを一体に形成してもよいし別体に構成してもよい。また、第一吸振体53と第二吸振体54とを一体に形成してもよいし別体に構成してもよい。
流路基板30は、Z方向からの平面視においてX方向よりもY方向に長尺なプレート体である。液体吐出ヘッド26のインクの吐出方向側を下側としたとき、流路基板30の上面には、第一ケース部材60と第二ケース部材70が装着され、両ケース部材の間には、圧力室基板40が接続される。流路基板30の下面であって、流路基板30を挟んで圧力室基板40と対向する位置には、ノズルを備えたノズルプレート52と、第一吸振体53と、第二吸振体54とが接続される。本実施形態において、流路基板30は、シリコン製の単結晶基板である。流路基板30の内部には、例えば、ドライエッチングやウェットエッチング等の半導体製造技術に用いられる加工技術を適用することによって、後述する各種の流路が形成される。流路基板30は、3Dプリンターやレーザー造形などによる三次元造形によって形成されてもよい。
液体吐出ヘッド26の各種の流路は、流路基板30の内部に設けられた貫通孔や凹状の溝と、各プレート体とを接続することにより形成される。より具体的には、流路基板30は、プレート下面の凹状の溝をノズルプレート52や第一吸振体53、第二吸振体54で閉鎖することで、ノズルプレート52や第一吸振体53、第二吸振体54との間に流路を形成する。以下、各部の構成を、インクの供給側である上流側から、排出側である下流側までの流路形成と関連付けて説明する。
第一ケース部材60は、Z方向からの平面視においてX方向よりもY方向に長尺なプレート体であり、内部にインク受入室61を備える。インク受入室61は、Z方向側が開口した凹状の溝がY方向に沿って延在する長尺な空間である。インク受入室61は、液体容器14からインク導入口62を介して供給されたインクを受け入れるインク貯留室の一部を構成する。第一ケース部材60は、樹脂材料の射出成形により形成される。本実施形態の液体吐出ヘッド26では、上述したようにインクの循環流路のうち、上流側をインク受入室61としているが、流路を逆向きにしてインク受入室61を下流側としてもよい。
流路基板30の内部にはインクの流路が形成されている。より具体的には、流路基板30は、上流側から順に、インク流入室131と、第一共通流路132と、第一流路133と、第一連通路134と、個別供給路135と、第二連通路136と、第二流路137と、第三流路138と、第二共通流路139と、インク排出室140とを有する。
インク流入室131は、図2に示すように、Y方向に沿って長尺な開口を有する貫通孔である。インク流入室131は、図4に示すように、インク受入室61と重なるように、第一ケース部材60は、流路基板30に組み付けられる。これにより、インク流入室131は、インク受入室61と接続される。
第一共通流路132は、図3および図4に示すように、流路基板30の下面側に形成された長尺な凹状の溝である。第一共通流路132は、インク流入室131と接続されて一つの共通液室を構成する。第一共通流路132は、流路基板30のプレート下面側の開口部分を第一吸振体53によって閉鎖されて流路として形成される。すなわち、第一共通流路132の内壁の一部は、第一吸振体53によって構成されている。
第一吸振体53は、インク流入室131および第一共通流路132における圧力変動を吸収する。第一吸振体53は、可撓性を有する平面状のフィルムやゴムや薄膜状の基板、あるいはこれらを含むコンプライアンス基板で構成されてもよい。第一吸振体53は、弾性を有していればよい。これにより、インク流入室131および第一共通流路132によって構成される共通流路のコンプライアンスを増加させることができ、インクを吐出する際のクロストークの発生を抑制している。
第一流路133は、図2および図4に示すように、流路基板30をZ方向に貫通して第一共通流路132に至る貫通孔である。第一流路133は、一つの第一共通流路132に対して、ノズルNzの数と同じ数だけ備えられる。これにより、第一流路133は、第一共通流路132から各個別流路へ分岐させる供給口となる。第一流路133は、ノズルNzごとに設けられた圧力室Chの一端と接続される。
圧力室Chは、図2および図4に示すように、圧力室基板40の下面に形成された凹状の溝である。圧力室Chは、圧力室基板40の溝と流路基板30の上面とによって囲まれる流路であり、圧力室基板40が流路基板30の上面と接続されることによって形成される。このように、圧力室Chおよび第一流路133は、圧力室基板40および流路基板30のうち、後述する第一連通路134側に、圧力室基板40の一部と流路基板30の一部とによって形成される。
第一連通路134は、図2および図4に示すように、流路基板30を厚み方向に貫通する貫通孔であり、流路基板30の圧力室基板40側とノズルプレート52側とのそれぞれに開口を有する。第一連通路134は、ノズルNzの数だけ設けられる。本実施形態において、第一連通路134の開口のうち、流路基板30の下面側の開口は、ノズルプレート52によって閉じられる。この流路基板30の下面側の第一連通路134の開口に、ノズルNzが位置している。第一連通路134の開口のうち流路基板30の上面側の開口は、圧力室基板40によって閉じられて圧力室Chの他端側と接続される。これにより、圧力室ChとノズルNzとが、第一連通路134によって連通された状態となる。本実施形態において、圧力室基板40および流路基板30のうち、供給側である第一連通路134側に、圧力室Chおよび圧力室Chにインクを流通する第一流路133が、圧力室基板40の一部と流路基板30の一部とによって形成される。
ノズルプレート52は、流路基板30の下面側に接続される板状の部材である。第一連通路134と、後述の個別供給路135および第二連通路136とを、流路基板30のプレートの下面側で閉鎖する。本実施形態において、ノズルプレート52は、シリコン製の単結晶基板である。ノズルプレート52は、流路基板30と同様に、加工技術を適用することによって、図2のような列状のノズルNzを形成される。本実施形態において、ノズルNzによるインクの吐出方向は、上述したように、Z方向であり、ノズルプレート52の面方向は吐出方向と垂直であるXY平面と平行である。
個別供給路135は、図3および図4に示すように、流路基板30の下面側に形成された凹状の溝であり、ノズルNzの数だけ設けられる。本実施形態において、個別供給路135は、流路基板30の下面側、すなわちノズルプレート52側で第一連通路134と接続される。個別供給路135は、ノズルプレート52によって閉鎖されて、ノズルプレート52の面方向に沿って延びる個別流路として形成される。すなわち、個別供給路135の内壁の一部は、ノズルプレート52によって構成されている。個別供給路135は、ノズルNz以降である下流側、すなわち排出側にインクを流通させる排出口として機能する。個別供給路135は、第一連通路134のノズルプレート52側の開口と、第二連通路136のノズルプレート52側の端部とを連通している。
第二連通路136は、個別供給路135と接続された流路であり、排出側の個別流路の一部を構成する。第二連通路136は、ノズルNzの数と同じ数だけ備えられる。本実施形態において、第二連通路136は、図2および図4に示すように、流路基板30を厚み方向に貫通する貫通孔であり、流路基板30の圧力室基板40側とノズルプレート52側とのそれぞれに開口を有する。
第二流路137は、第二連通路136と接続された流路であり、ノズルNzの数と同じ数だけ備えられる。第二流路137は、図2および図4に示すように、流路基板30のプレート上面に形成された凹状の溝であり、排出側の個別流路の一部を構成する。本実施形態において、第二流路137の一端は、流路基板30の上面側、すなわち圧力室基板40側で第二連通路136と接続される。第二流路137は、圧力室基板40によって閉鎖されて、圧力室基板40の面方向に沿って延びる流路として形成される。すなわち、個別供給路135の内壁の一部は、圧力室基板40によって構成されている。第二流路137は、第三流路138と連続するように形成される。
図4には、圧力室基板40の厚みT1と、流路基板30の厚みT2とが模式的に示されている。この「厚み」とは、流路基板30と圧力室基板40とが積層される方向における各プレート体の厚みのことをいう。本実施形態において、流路基板30の厚みT2は、圧力室基板40の厚みT1よりも大きい。第二流路137は、流路基板30の厚みを大きくすることによって、その凹状の溝を深くされることができる。これにより第二流路137の断面積が大きくされている。第二流路137の流路抵抗は小さくなり、流路基板30内のインクの流通を促進させている。
第三流路138は、図2および図4に示すように、流路基板30を貫通して第二共通流路139に至る貫通孔である。第三流路138は、第二流路137の他端側で接続されることによって第二流路137と連通し、圧力室基板40側からノズルプレート52側へ延伸して第二共通流路139に連通する流路である。第三流路138は、ノズルNzの数と同じ数だけ備えられる個別流路である。第三流路138のそれぞれは、一つの共通液室となる第二共通流路139に接続される。これにより、第三流路138は、個別流路から排出側の共通液室への供給口、すなわち個別流路の排出側の出口として機能する。
このように、本実施形態の個別流路は、第一流路133と、圧力室Chと、第一連通路134と、第二連通路136と、第二流路137と、第三流路138とによって構成される。この個別流路に一つのノズルNzを接続されて一つの液体吐出部80を構成している。本実施形態の液体吐出ヘッド26では、ノズルNzの数と同じ数の液体吐出部80が備えられている。
第二共通流路139は、図3および図4に示すように、流路基板30の下面側に形成された一つの長尺な凹状の溝である。第二共通流路139は、インク排出室140と接続されて一つの共通液室を構成する。第二共通流路139は、流路基板30のプレート下面側の開口部分を第二吸振体54によって閉鎖されて流路として形成される。すなわち、第二共通流路139の内壁の一部は、第二吸振体54によって構成されている。第二吸振体54は、第一吸振体53と同じ材料によって形成されるコンプライアンス基板である。これにより、インク排出室140および第一共通流路132によって構成される排出側の共通流路のコンプライアンスを増加させることができ、インクを吐出する際のクロストークの発生を抑制している。
インク排出室140は、図2に示すように、Y方向に沿って長尺な開口を有する貫通孔である。インク排出室140は、図4に示すように、インク収容室71と重なるように、後述する第二ケース部材70と、流路基板30とが組み付けられる。これにより、インク排出室140は、第二ケース部材70内のインク収容室71と接続される。
第二ケース部材70は、Y方向に長尺なプレート体であり、内部にインク収容室71を備える。インク収容室71は、Z方向側を開口した凹状の溝がY方向に沿って延在する長尺な空間である。インク収容室71は、インク排出室140から排出されたインクを受け入れて排出側のインク貯留室の一部を構成する。インク収容室71内のインクは、図4の黒塗り矢印で示すように、インク排出口72を経て液体容器14に環流される。本実施形態において、第二ケース部材70は、第一ケース部材60と同じ樹脂材料を用いられ、射出成形により形成されるが、第二ケース部材70と第一ケース部材60とは別の材料によって形成されてもよい。なお、第二ケース部材70からのインク環流は、図示しない流動機構によって実現される。また、流路基板30への第二ケース部材70の装着は、適宜な接着剤を用いて液密になされる。
圧力室基板40は、上述した圧力室ChをノズルNzごとに形成するプレート体である。流路基板30と同様、シリコンの単結晶基板への既述した半導体製造技術の適用を経て形成できる。圧力室基板40は、圧力室Chのほかに、振動部42を備える。
振動部42は、弾性的に振動できるよう薄板状に形成された圧力室Chの壁面である。振動部42は、圧力室基板40のうち流路基板30側とは逆側の面に備えられ、圧力室Chに面した圧力室基板40の一部、すなわち圧力室Chの天井側の壁面、を構成する。振動部42の圧力室Ch側とは逆側の面には、圧電素子44が圧力室Chごとに備えられる。それぞれの圧電素子44は、ノズルNzに個別に対応し、駆動信号を受けて変形する受動素子である。圧電素子44は、ノズルNzの並びに対応付けて振動部42に配設されて、圧力発生部として機能する。圧電素子44の振動は、振動部42を伝達して圧力室Ch内に充填されたインクに圧力変化を引き起こす。この圧力変化が第一連通路134を経てノズルNzに及ぶことによって、ノズルNzからのインクの吐出を実現する。圧電素子44は、圧力室基板40の基板上面に設けられた2層の電極層と、Z方向において2層の電極層に挟まれた圧電層とを含む。圧力発生部は、圧力室Ch内に充填されたインクに圧力変化を引き起こすために、発熱する発熱素子であってもよいし、静電素子であってもよいし、MEMS素子であってもよい。
保護部材50は、圧力室基板40に積層されるシリコン製の単結晶基板である。圧力室Chごとの圧電素子44へ通電するリード電極45を、圧力室基板40と保護部材50との間(界面)に設けてもよい。保護部材50は、図2に示すように、Z方向からの平面視においてX方向よりもY方向に長尺なプレート体であり、振動部42の上面側に凹状の空間を形成して、振動部42を圧電素子44と共に覆う。保護部材50は、適宜な樹脂材料の射出成形により形成されてもよい。また、保護部材50は、リード電極45と電気的に接触する配線基板90の設置用に、Y方向に沿って長形な矩形貫通孔51を有する。リード電極45は、圧電素子44の電極層と電気的に接続されている。リード電極45は、圧電素子44の電極層から、XY面の面内方向に沿って、引き出された電極であってもよい。
配線基板90は、駆動ICによって構成される駆動回路を実装するフレキシブル基板である。配線基板90は、制御ユニット20からの駆動回路からの信号を、リード電極45を介して圧電素子44のそれぞれに供給する。
このように、本実施形態の液体吐出ヘッド26では、図示しない流動機構により液体容器14から供給されたインクは、第一ケース部材60におけるインク受入室61を経て、流路基板30のインク流入室131と第一共通流路132に流れ込み、共有供給路であるインク流入室131と第一共通流路132とに充満する。共有供給路に充満したインクは、継続して供給されるインクによって、ノズルNzごとの個別流路内に押し出され、液体吐出部80に供給される。より具体的には、押し出されたインクは、個別流路の入り口となる第一流路133のそれぞれに分岐して供給されて、圧力室Chのそれぞれに供給される。この圧力室Chにおいて、制御ユニット20により駆動制御される圧電素子44の振動を受けてノズルNzから吐出される。液体容器14からのインク供給は、ノズルNzからのインク吐出がなされている印刷状況下においても、ノズルNzからのインク吐出を伴わない状況下でも継続される。
圧力室Chへのインク供給が継続されている状況において、ノズルNzからインク吐出されなかったインクは、ノズルNz以降である排出側の流路に流通する。より具体的には、第一連通路134から個別供給路135へ流通し、第二連通路136と第三流路138とを経て、共通液室である第二共通流路139およびインク排出室140に押し出され、第二ケース部材70のインク収容室71に送り出される。その後、インクは液体容器14に環流する。
第一プレート装着座141は、図4に示す流路基板30の断面において、第二連通路136と、第二流路137と、第三流路138と、第二共通流路139とによって囲まれて形成される流路基板30の一部である。第一プレート装着座141は、流路基板30の下面側の壁面に、流路基板30と、ノズルプレート52および第二吸振体54とを接着させるための装着座を構成する。
第二プレート装着座142は、図4に示す流路基板30の断面において、第三流路138と、第二共通流路139と、インク排出室140とによって囲まれて形成される流路基板30の一部である。第一プレート装着座141は、流路基板30の上面側の壁面に、流路基板30と、圧力室基板40を接着させるための装着座を構成する。
図5は、図4の流路基板30の領域EFでの+Z方向側の表面を表す説明図である。以下、図4とともに図5を用いて本実施形態の液体吐出ヘッド26が備える第一プレート装着座141の構成について詳述する。図5には、技術の理解を容易にするため、ノズルプレート52と、第一吸振体53と、第二吸振体54とは配置される位置のみを模式的に表し、それ以外の図示は省略されている。図5に破線によって示されるE1〜E5は、説明の便宜のために付した各部の端部の位置を表す。端部E1は、第二共通流路139の+X方向側の端部である。端部E2は、第二連通路136の−X方向側の端部である。端部E3は、第一連通路134の−X方向側の端部である。端部E4は、第一連通路134の+X方向側の端部である。端部E5は、第一共通流路132の−X方向側の端部である。端部E6は、第三流路138の−X方向側の端部である。図5に示したAr1〜Ar4は、説明の便宜のために付したX方向に沿った領域であり、端部E1〜E5のそれぞれに挟まれるX方向に沿った領域を表す。
領域Ar1は、端部E1と端部E2とによって挟まれる領域である。領域Ar1は、流路基板30に、第二吸振体54およびノズルプレート52を貼り合わせる第一プレート装着座141を構成する領域である。領域Ar1には、流路基板30に貼付された第二吸振体54の+X方向側の端部と、ノズルプレート52の−X方向側の端部とが位置する。
領域Ar2は、端部E2と端部E3とによって挟まれる領域であり、流路基板30に貼付されたノズルプレート52によって閉鎖される領域である。領域Ar3は、端部E3と端部E4とによって挟まれる領域である。すなわち、領域Ar3のX方向における幅は、第一連通路134のX方向における幅に等しい。領域Ar3は、ノズルプレート52によって封鎖されるとともにノズルNzが配置される領域である。
領域Ar4は、端部E4と端部E5とによって挟まれる領域である。領域Ar4は、流路基板30に、第一吸振体53およびノズルプレート52を貼り合わせる領域である。領域Ar4には、ノズルプレート52の+X方向側の端部と、流路基板30に貼付された第一吸振体53の−X方向側の端部と、が位置する。このように、本実施形態の液体吐出ヘッド26では、ノズルプレート52は、ノズルNzを領域Ar3の第一連通路134と重ねられるとともに、−X方向側の端部を領域Ar1内に貼付され、+X方向側の端部を領域Ar4に貼付される。
本実施形態において、第二連通路136は、流路基板30の厚み方向に貫通されている。すなわち、第二連通路136は、第一連通路134のノズルプレート52側の開口と個別供給路135を介して連通し、圧力室基板40側に向かって延伸されて形成されている。これにより流路基板30に端部E2が形成される。このように、本実施形態の液体吐出ヘッド26では、端部E2を形成することによって、第二吸振体54の+X方向側の端部と、ノズルプレート52の−X方向側の端部とを配置するための領域Ar1の幅を確保するための第一プレート装着座141が形成される。これにより、一枚の流路基板30に対して、小型化したノズルプレート52を備えることができる。同様に、第三流路138は、流路基板30の上面側に形成された第二流路137と接続され、流路基板30の厚み方向に貫通される。これにより、流路基板30の上面側に端部E6を形成し、第二プレート装着座142が形成される。したがって、一枚の流路基板30に対して、第二流路137を閉鎖するために必要な圧力室基板40の面積を小さくすることができる。
また、本実施形態の液体吐出ヘッド26では、共有供給路を構成するインク流入室131と第一共通流路132は、その流路域に亘って可撓性の第一吸振体53で閉鎖され、共有回収路を構成する第二共通流路139とインク排出室140とは、その流路域に亘って可撓性の第二吸振体54で閉鎖されている。このため、インク流入室131と第一共通流路132に充満したインクに及ぶインク供給圧は、第一吸振体53の撓みにより減衰される。また、第二共通流路139とインク排出室140に充満したインクに及ぶインク供給圧やインク吐出の際のインク吐出圧は、第二吸振体54の撓みにより減衰される。この結果、本実施形態の液体吐出ヘッド26によれば、圧力室の振動波形と液体の流通によって発生する振動波形との振幅が増大するクロストークの発生を低減できる。
B.第2実施形態:
図6は、第2実施形態としての液体吐出ヘッド26bの断面図である。第2実施形態の液体吐出ヘッド26bは、第1実施形態の液体吐出ヘッド26の流路基板30の代わりに、流路基板30bを備える点で異なり、その他の構成は第1実施形態の液体吐出ヘッド26と同じである。流路基板30bは、第1実施形態の流路基板30とは、ノズルプレート52の代わりにノズルプレート52bを備える点と、第二連通路136の代わりに第二連通路136bを備える点と、第二流路137の代わりに第二流路137bを備える点と、第三流路138を備えない点と、第二プレート装着座142を備えない点とで異なり、それ以外の構成は流路基板30と同様である。
本実施形態の液体吐出ヘッド26bでは、流路基板30bの下面側にノズルプレート52bが備えられる。ノズルプレート52bは、第1実施形態のノズルプレート52とは、ノズルNzの代わりにノズルNz2を備える点で異なる。ノズルNz2は、第二連通路136bに対応する位置に備えられる。ノズルNz2は、第1実施形態のノズルNzとは、備えられる位置が異なり、それ以外の構成は第1実施形態のノズルNzの構成と同じである。個別供給路135は、第一連通路134とノズルプレート52b側の開口と接続されて、ノズルプレート52bに沿って形成される。そのため、第一連通路134に供給されたインクはノズルプレート52bに至った後に、ノズルプレート52bの表面に沿って個別供給路135に収束するようにして導かれる。したがって、個別供給路135内のインクの流速は、第一連通路134内のインクの流速よりも速くなりやすい。第二連通路136bのうちこの個別供給路135の延長線にある部分にノズルNz2を接続することによって、インクが吐出されやすくなる。また、増粘が抑制されたインクを吐出することができる。
本実施形態において、第二連通路136bは、個別供給路135と接続される点において第1実施形態の第二連通路136と共通するが、第二連通路136bは、流路基板30bを貫通しない点で第1実施形態の第二連通路136と異なる。本実施形態では、第二連通路136bは、個別供給路135と接続されたノズルプレート52b側から、流路基板30bの厚み方向に沿って離れる向き、すなわちノズルプレート52b側から圧力室基板40側に延伸されて、流路基板30bの内部で第二流路137bに接続される。第二流路137bは、流路基板30bの内部に備えられる中空の流路である。第二流路137bは、3Dプリンターによる三次元造形によって流路基板30bを作製することによって形成できる。これにより、第1実施形態の液体吐出ヘッド26と同様に、流路基板30bに端部E2を形成することができ、第一プレート装着座141が得られることができる。したがって、一枚の流路基板30bに対して小型化したノズルプレート52bを備えることができる。
C.他の実施形態:
(C1)上記各実施形態では、個別供給路135は、ノズルプレート52によって閉鎖されて、ノズルプレート52の面方向に沿って延びる個別流路として形成される。これに対して、個別供給路は形成されず、第一連通路のノズルプレート側の開口と第二連通路のノズルプレート側の部分とがノズルプレート側で直接接続される態様であってもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、例えば図5の領域Ar2を省略することによって、ノズルプレートをより小型化することができる。
(C2)上記各実施形態では、個別供給路135は、流路基板30の下面側に形成された凹状の溝である。これに対して、個別供給路は、ノズルプレートに備えられてもよく、ノズルプレートの一部と流路基板の一部とによって形成されてもよい。
(C3)上記各実施形態の液体吐出ヘッド26では、複数の個別流路に対して一つの共通流路が接続される。これに対して、個別流路は必ずしも複数で備えられる必要はなく、一つの個別流路に対して一つの共通流路が形成される態様であってもよい。共通流路は必ずしも一つである必要はなく、複数の共通流路が備えられる態様であってもよい。
また、複数の個別流路の全てが一つの共通流路に接続されず、複数の個別流路をいくつかのグループに分けて、グループごとに対応する複数の共通流路に接続される態様であってもよく、個別流路と共通流路とが種々の組み合わせによって接続されてもよい。
(C4)上記第1実施形態の液体吐出ヘッド26では、第二流路137は、流路基板30のプレート上面に形成され、第2実施形態の液体吐出ヘッド26bでは、第二流路137bは、流路基板30bの内部に形成される。これに対して、第二流路は、流路基板に形成されず、圧力室基板に形成される態様であってもよい。第二流路は、圧力室とは区画され、圧力室基板の一部と流路基板の一部との少なくとも一方により形成されればよい。
(C5)上記第1実施形態の液体吐出ヘッド26では、第一吸振体53は、コンプライアンス基板からなる可撓性を有する平面状のフィルムである。これに対して、第一吸振体を備えず、インク流入室および第一共通流路によって構成される共通流路を、例えばSUS板のような別の材料が閉鎖する態様であってもよく、流路基板の流路構造によって壁面を構成し共通流路を封鎖する態様であってもよい。
(C6)上記第1実施形態の液体吐出ヘッド26では、第二吸振体54は、コンプライアンス基板からなる可撓性を有する平面状のフィルムである。これに対して、第一吸振体を備えず、インク排出室および第一共通流路によって構成される排出側の共通流路を、例えばSUS板のような別の材料が閉鎖する態様であってもよく、流路基板が封鎖する態様であってもよい。また、第一吸振体と第二吸振体とは、同じ材料である必要は無く別々の材料であってもよいし、第一吸振体と第二吸振体とのいずれか一方にのみコンプライアンス基板を備える態様であってもよい。
(C7)上記各実施形態の液体吐出ヘッド26では、ノズルNzと接続された第一連通路134に対して、第一流路133および圧力室Ch側からインクが供給される。これに対して、第二連通路側である第二流路側からインクが供給される態様のように上記各実施形態の液体吐出ヘッド26とは、供給側と排出側が逆であってもよい。また、液体吐出装置に備えられる流動機構によってインクの供給方向が切り換えられることによって、供給側と排出側が適宜に切り換えられる態様であってもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、インクの循環方向を適宜に変更することによって、ノズル近傍に残留するインクの流通性を向上させて、インクが増粘する不具合の発生を抑制することができる。また、第一流路および圧力室側と、第二流路および第二連通路側との双方からインクが供給される態様であっても良い。この形態の液体吐出ヘッドによれば、ノズル近傍の液体の充填率を高めることができる。
(C8)上記各実施形態の液体吐出ヘッド26では、第一共通流路132とインク流入室131とが接続された供給側の共通液室と、第二共通流路139とインク排出室140とが接続された排出側の共通液室とを備える。これに対して、供給側および排出側の共通液室がともに備えられない態様であってもよく、いずれか一方の共通液室のみを備える態様であってもよい。共通液室を備えない態様においては、第一ケース部材および第二ケース部材の流路と、液体吐出部の流路とが、直接連通されていることが好ましい。
(C9)上記各実施形態の液体吐出ヘッド26では、流路基板30に第一ケース部材および第二ケース部材が接続されている。これに対して、流路基板には、第一ケース部材および第二ケース部材が接続されていない態様であってもよい。このような態様においては、圧力室基板や保護部材といった第一ケース部材および第二ケース部材とは異なる積層基板や別部材によってインク受入室およびインク収容室が形成される。
(C10)上記各実施形態の液体吐出ヘッド26では、圧力室Chは、圧力室基板40の下面に形成された凹状の溝である。これに対して、圧力室は流路基板に備えられる態様であってもよい。圧力室は、圧力室基板および流路基板の第一連通路側に、圧力室基板の一部と流路基板の一部とによって形成される態様であればよい。
D.他の形態:
本開示は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本発明は、以下の形態(aspect)によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本発明の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本発明の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
(1)本開示の一形態によれば、液体を吐出する液体吐出ヘッドが提供される。この液体吐出ヘッドは:前記液体を流通させる流路基板と;前記流路基板の両面に、互いに対向する位置に取付けられた第一プレートおよび第二プレートと;を備える。前記第一プレートは、前記液体を吐出させるノズルを備える。前記流路基板は:前記流路基板を厚み方向に貫通し、前記第一プレート側と前記第二プレート側とのそれぞれに開口を有する第一連通路と;前記第一連通路の前記第一プレート側の前記開口と前記第一プレート側で連通し、前記第二プレート側に延伸する第二連通路と;を備える。前記第一連通路に連通する圧力室と前記圧力室に前記液体を流通する第一流路とが、前記第二プレートの一部と前記流路基板の一部とによって形成されてよい。前記第二プレートには、前記圧力室に面した前記第二プレートの一部を変形させる圧力発生部が設けられてよい。前記流路基板の前記第二連通路には、前記第二プレートの一部と前記流路基板の一部との少なくとも一方により形成されて、前記液体を流通させる第二流路が連通される。この形態の液体吐出ヘッドによれば、流路基板の貫通孔である第一連通路と、第一プレート側から第二プレート側に延伸する第二連通路が設けられる。したがって、流路基板に第一プレートを装着するための装着座が形成されることによって、小型化した第一プレートを備えることができる。
(2)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、前記第一流路、前記圧力室、前記第一連通路、前記ノズル、前記第二連通路、前記第二流路を含む液体吐出部が、複数組備えられてもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、一つの液体吐出ヘッドに複数の流路とノズルが備えられる。そのため、複数のノズルからインクを吐出させることができ、液体吐出ヘッド一つあたりの解像度を高めることができる。
(3)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、前記流路基板は、複数組の前記液体吐出部の前記第一流路のそれぞれに連通する第一共通流路を備えてよい。前記第一共通流路は、前記第一流路に対して前記圧力室とは反対側に設けられてもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、複数の個別流路に対して一つの共通流路が接続される。これにより、個別流路それぞれにおける液体の充填率を高めることができる。
(4)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、前記第一共通流路には、前記第一共通流路内の前記液体の圧力変動を緩和する吸振体が、前記第一共通流路の内壁の一部となる位置に配設されてもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、共通流路におけるイナータンスを増加させることができ、液体を吐出する際のクロストークの発生を抑制することができる。
(5)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、前記流路基板は、複数組の前記液体吐出部の前記第二流路のそれぞれに連通する第二共通流路を備えてよい。前記第二共通流路は、前記第二流路に対して前記第二連通路とは反対側に設けられてもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、複数の個別流路に対して一つの共通流路が接続される。これにより、個別流路それぞれにおける液体の充填率を高めることができる。
(6)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、前記第二共通流路には、前記第二共通流路内の前記液体の圧力変動を緩和する吸振体が、前記第二共通流路の内壁の一部となる位置に配設されてもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、共通流路におけるイナータンスを増加させることができ、液体を吐出する際のクロストークの発生を抑制することができる。
(7)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、更に、前記第一連通路と、前記第二連通路との少なくともいずれか一方に前記液体を給排する流路を含むケース部材を備えてもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、共通流路に液体を給排する流路を含むケース部材が備えられる。積層基板によって流路を積層して延伸させる態様に比較して、一体成形によって流路を形成することができ、流路のつなぎ目を減らすことができる。また、共通流路は個別流路よりも流路が大きいことが多いため、成形がより容易な材料を用いることができる。
(8)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、前記第二流路は、前記流路基板と前記第二プレートとの界面に形成され、前記第二プレートの面方向に沿って延びてよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、第二流路が流路基板と第二プレートとの界面の位置に形成される。すなわち、第二流路は、流路基板または第二プレートの少なくともいずれか一方の表面状に形成される。そのため、例えば、流路基板の外部からの加工で第二流路を形成することができ、内部に第二流路を形成するよりも容易に加工できる。
(9)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、前記流路基板は、前記第二流路と連通し前記第二プレート側から前記第一プレート側へ延伸する第三流路を備えてもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、流路基板に第二プレートを装着するための装着座が形成されることによって、第二流路を閉鎖するために必要な第二プレートの面積を小さくすることができる。
(10)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、前記流路基板は、前記流路基板と前記第二プレートとが積層された方向における厚さが、前記第二プレートの前記厚さよりも大きくてもよく。前記第二流路は、前記流路基板に設けられた溝により形成されてもよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、第二流路を第二プレートよりも厚みのある流路基板内に設けることができる。これにより、流路基板内に流路の断面積の大きい第二流路を形成して流路抵抗を小さくすることにより、流路基板内の液体の流通を促進させることができる。
(11)上記形態の液体吐出ヘッドにおいて、前記流路基板は、前記第二連通路の前記第一プレート側の端部と、前記第一連通路の前記第一プレート側の前記開口とを接続する個別供給路を備えてもよい。前記ノズルは、前記個別供給路と接続されてよい。この形態の液体吐出ヘッドによれば、第一連通路と第二連通路とを第一プレート側で接続する個別供給路が備えられるとともに、ノズルが個別供給路に備えられる。個別供給路は、第一プレートに沿って形成されるため、第一連通路に供給された液体は第一プレートに沿って収束して個別供給路に導かれる。そのため、液体の流速がより早い部分にノズルを設けることができ、液体をノズルから吐出しやすくなる。また、増粘が抑制された液体をノズルから吐出しやすくなる。
(12)本開示の他の形態によれば、液体吐出装置が提供される。この液体吐出装置は:上記各形態の液体吐出ヘッドと;前記液体を、前記流路基板内を通過させて移動させる流動機構と;を備える。
本開示は、液体吐出ヘッドまたは液体吐出装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、液体吐出ヘッドまたは液体吐出装置の製造方法や液体吐出ヘッドまたは液体吐出装置の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体(non-transitory storage medium)等の形態で実現することができる。また、インクを吐出する液体吐出装置に限らず、インク以外の他の液体を吐出する任意の液体吐出装置にも適用することができる。例えば、以下のような各種の液体吐出装置に本発明は適用可能である。ファクシミリ装置等の画像記録装置、液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出装置、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイや、面発光ディスプレイ(Field Emission Display、FED)等の電極形成に用いられる電極材吐出装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出する液体吐出装置、精密ピペットとしての試料吐出装置、潤滑油の吐出装置、樹脂液の吐出装置、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液体吐出装置、光通信素子等に用いられる微小半球レンズ(光学レンズ)などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に吐出する液体吐出装置、基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を吐出する液体吐出装置、他の任意の微小量の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置等の形態で実現することができる。
12…媒体、14…液体容器、20…制御ユニット、22…搬送機構、23…搬送ベルト、24…ヘッド移動機構、25…キャリッジ、26…液体吐出ヘッド、26b…液体吐出ヘッド、30…流路基板、30b…流路基板、40…圧力室基板、42…振動部、44…圧電素子、45…リード電極、50…保護部材、51…矩形貫通孔、52…ノズルプレート、52b…ノズルプレート、53…第一吸振体、54…第二吸振体、60…第一ケース部材、61…インク受入室、62…インク導入口、70…第二ケース部材、71…インク収容室、72…インク排出口、80…液体吐出部、90…配線基板、100…液体吐出装置、131…インク流入室、132…第一共通流路、133…第一流路、134…第一連通路、135…個別供給路、136…第二連通路、136b…第二連通路、137…第二流路、137b…第二流路、138…第三流路、139…第二共通流路、140…インク排出室、141…第一プレート装着座、142…第二プレート装着座、Nz…ノズル、Nz2…ノズル

Claims (12)

  1. 液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
    前記液体を流通させる流路基板と、
    前記流路基板の両面に、互いに対向する位置に取付けられた第一プレートおよび第二プレートと、を備え、
    前記第一プレートは、前記液体を吐出させるノズルを備え、
    前記流路基板は、
    前記流路基板を厚み方向に貫通し、前記第一プレート側と前記第二プレート側とのそれぞれに開口を有する第一連通路と、
    前記第一連通路の前記第一プレート側の前記開口と前記第一プレート側で連通し、前記第二プレート側に延伸する第二連通路と、を備え、
    前記第一連通路に連通する圧力室と前記圧力室に前記液体を流通する第一流路とが、前記第二プレートの一部と前記流路基板の一部とによって形成され、
    前記第二プレートには、前記圧力室に面した前記第二プレートの一部を変形させる圧力発生部が設けられ、
    前記流路基板の前記第二連通路には、前記第二プレートの一部と前記流路基板の一部との少なくとも一方により形成されて、前記液体を流通させる第二流路が連通された、
    液体吐出ヘッド。
  2. 請求項1に記載の液体吐出ヘッドであって、
    前記第一流路、前記圧力室、前記第一連通路、前記ノズル、前記第二連通路、前記第二流路を含む液体吐出部が、複数組備えられた、液体吐出ヘッド。
  3. 請求項2に記載の液体吐出ヘッドであって、
    前記流路基板は、複数組の前記液体吐出部の前記第一流路のそれぞれに連通する第一共通流路を備え、
    前記第一共通流路は、前記第一流路に対して前記圧力室とは反対側に設けられた、液体吐出ヘッド。
  4. 請求項3に記載の液体吐出ヘッドであって、
    前記第一共通流路には、前記第一共通流路内の前記液体の圧力変動を緩和する吸振体が、前記第一共通流路の内壁の一部となる位置に配設された、液体吐出ヘッド。
  5. 請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドであって、
    前記流路基板は、複数組の前記液体吐出部の前記第二流路のそれぞれに連通する第二共通流路を備え、
    前記第二共通流路は、前記第二流路に対して前記第二連通路とは反対側に設けられた、液体吐出ヘッド。
  6. 請求項5に記載の液体吐出ヘッドであって、
    前記第二共通流路には、前記第二共通流路内の前記液体の圧力変動を緩和する吸振体が、前記第二共通流路の内壁の一部となる位置に配設された、液体吐出ヘッド。
  7. 請求項2から請求項6のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドであって、
    更に、前記第一連通路と、前記第二連通路との少なくともいずれか一方に前記液体を給排する流路を含むケース部材を備えた、液体吐出ヘッド。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドであって、
    前記第二流路は、前記流路基板と前記第二プレートとの間に形成され、前記第二プレートの面方向に沿って延びる、液体吐出ヘッド。
  9. 請求項8に記載の液体吐出ヘッドであって、
    前記流路基板は、前記第二流路と連通し前記第二プレート側から前記第一プレート側へ延伸する第三流路、を備える、液体吐出ヘッド。
  10. 請求項8または請求項9に記載の液体吐出ヘッドであって、
    前記流路基板は、前記流路基板と前記第二プレートとが積層された方向における厚さが、前記第二プレートの前記厚さよりも大きく、
    前記第二流路は、前記流路基板に設けられた溝により形成される、液体吐出ヘッド。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドであって、
    前記流路基板は、前記第二連通路の前記第一プレート側の端部と、前記第一連通路の前記第一プレート側の前記開口とを接続する個別供給路を備え、
    前記ノズルは、前記個別供給路と接続された、液体吐出ヘッド。
  12. 請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記液体を、前記流路基板内を通過させて移動させる流動機構と、
    を備える、液体吐出装置。
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