JP2020044801A - Liquid injection device and liquid injection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドに関し、特に、複数のノズル列及びこれに対応する複数の共通液室を備えた液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドに関する。 The present invention relates to a liquid ejecting apparatus including a liquid ejecting head such as an ink jet recording head, and a liquid ejecting head, and more particularly, to a liquid ejecting apparatus including a plurality of nozzle arrays and a plurality of common liquid chambers corresponding thereto. And a liquid ejecting head.
液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を液滴として噴射(吐出)する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置,有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイやFED(面発光ディスプレイ)等の電極を形成する電極形成装置,バイオチップ(生物化学素子)を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは色材を含む液体を噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではR(Red)・G(Green)・B(Blue)などの各色材を含む液体を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは電極材料を含む液体を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物を含む液体を噴射する。 The liquid ejecting apparatus includes a liquid ejecting head, and ejects (discharges) various liquids from the liquid ejecting head as droplets. As this liquid ejecting apparatus, for example, there is an image recording apparatus such as an ink jet printer or an ink jet plotter. Recently, however, various types of liquid ejecting apparatuses can be manufactured by utilizing a feature that a very small amount of liquid can be accurately landed at a predetermined position. It is also applied to equipment. For example, a display manufacturing apparatus for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode forming apparatus for forming an electrode such as an organic EL (Electro Luminescence) display or an FED (surface emitting display), and a chip for manufacturing a biochip (biochemical element). It is applied to manufacturing equipment. A recording head for an image recording apparatus ejects a liquid containing a coloring material, and a coloring material ejecting head for a display manufacturing apparatus ejects a liquid containing each coloring material such as R (Red), G (Green), and B (Blue). Inject. Further, the electrode material ejecting head for the electrode forming apparatus ejects a liquid containing an electrode material, and the biological organic matter ejecting head for a chip manufacturing apparatus ejects a liquid containing a biological organic substance.
上記の液体噴射ヘッドとしては、ノズルが複数開設された基板(以下、ノズル基板と言う)、複数のノズルに個別に連通する圧力室(若しくは圧力発生室又はキャビティとも呼ばれる)や各圧力室に共通な共通液室(若しくは共通液室又はマニホールドとも呼ばれる)等の流路が形成された基板(以下、流路基板と言う)、圧力室内の液体に圧力振動を生じさせる圧電素子等の圧力発生手段(若しくは駆動素子又はアクチュエーターとも呼ばれる)を備えたものがある。特許文献1には、複数のノズルが列設されてなるノズル列が8列だけノズル基板に形成され、流路基板には各ノズル列に対応して共通液室も8つ設けられた液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置が開示されている。この特許文献1の構成では、ノズル列の数に応じた種類のインク等の液体を記録ヘッドから噴射させることができるので、種々の用途に対応することができる。また、例えば特許文献2に開示されているように、より多くの種類に対応できるようにノズル列が合計10列設けられた液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置も提案されている。この特許文献2では、例えば、2列のノズル列が形成されたノズル形成面やそれに対応する流路が形成された流路基板等のヘッド構成部材を備えた単位ヘッドと呼ばれる小型のヘッドを5つ設けることで液体噴射ヘッド全体として合計10列のノズル列を備えた構成となっている。この構成では、特許文献1の構成と比較して、単位ヘッドを複数並べる分、単位ヘッド間で隙間生じたりするため、液体噴射ヘッドが大型し、また、コストも増加する。このため、複数のノズル列を備える構成において液体噴射ヘッドや液体噴射装置の大型化を抑制する観点では、特許文献1のように、単一のノズル基板にノズル列が形成され、これに対応して単一の流路基板に流路等が形成される構成を採用することが好ましい。
The liquid ejecting head includes a substrate having a plurality of nozzles (hereinafter, referred to as a nozzle substrate), a pressure chamber (also referred to as a pressure generating chamber or a cavity) individually communicating with the plurality of nozzles, and a common pressure chamber. (Hereinafter, referred to as a flow path substrate) in which a flow path such as a common liquid chamber (or also referred to as a common liquid chamber or a manifold) is formed, and a pressure generating means such as a piezoelectric element that generates pressure vibration in the liquid in the pressure chamber (Also referred to as a driving element or an actuator).
上記のような液体噴射装置では、液体噴射ヘッドのノズルから液体の溶媒が蒸発することを防いだり、ノズルに負圧を与えて当該ノズルから増粘した液体や気泡を強制的に排出する吸引動作(例えば、初期充填動作やメンテナンス動作)を行ったりするため、液体噴射ヘッドのノズルが形成されたノズル形成面を封止(換言すると、キャッピング)するキャップが設けられている。キャップはノズル形成面側が開口したトレイ状の部材であり、キャップの側壁の頂部を液体噴射ヘッドのノズル形成面に当接させることでノズル形成面を封止空部内に密閉する。このようなキャップを、上記特許文献2の構成のように単位ヘッド毎に対応させて複数設ける構成では、その分、キャップの配置スペースを要するため、液体噴射ヘッドが大型化し、また、構造も複雑化してしまい、液体噴射ヘッドを液体噴射装置に搭載した際の取り扱いが困難となる場合があった。
In the liquid ejecting apparatus as described above, a suction operation for preventing a solvent of the liquid from evaporating from a nozzle of the liquid ejecting head or forcing a negative pressure to the nozzle to forcibly discharge the thickened liquid or bubbles from the nozzle. In order to perform, for example, an initial filling operation or a maintenance operation, a cap for sealing (in other words, capping) the nozzle forming surface on which the nozzle of the liquid ejecting head is formed is provided. The cap is a tray-shaped member having an opening on the nozzle forming surface side, and the top of the side wall of the cap is brought into contact with the nozzle forming surface of the liquid ejecting head to seal the nozzle forming surface in the sealing cavity. In a configuration in which a plurality of such caps are provided corresponding to each unit head as in the configuration of
本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を噴射するノズルが形成されたノズル基板、前記ノズルに供給する液体を貯留する液室が10個形成された液室形成基板、及び、前記ノズル基板及び前記液室形成基板を保持するケースを有する液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドの前記ノズルが形成されたノズル形成面に当接して前記10個の液室に対応する複数の前記ノズルを封止するキャップと、
を備え、
前記液室形成基板は、
前記ケースと前記ノズル基板との間に設けられ、
前記ケース側が開口し、前記ノズル基板側に底部を有する凹部が形成され、
前記凹部により前記液室が画成されたことを特徴とする。
A liquid ejecting head according to the present invention has been proposed to achieve the above object, and includes a nozzle substrate on which a nozzle for ejecting a liquid is formed, and ten liquid chambers for storing a liquid to be supplied to the nozzle. Liquid chamber forming substrate, and a liquid ejecting head having a case for holding the nozzle substrate and the liquid chamber forming substrate,
A cap for sealing the plurality of nozzles corresponding to the ten liquid chambers by contacting a nozzle forming surface of the liquid ejecting head where the nozzles are formed;
With
The liquid chamber forming substrate,
Provided between the case and the nozzle substrate,
The case side is open, a concave portion having a bottom on the nozzle substrate side is formed,
The liquid chamber is defined by the recess.
本発明によれば、液体噴射装置において液体噴射ヘッドの取り扱い性が向上する。 According to the present invention, the handleability of the liquid ejecting head in the liquid ejecting apparatus is improved.
また、上記構成において、前記液室形成基板及び前記ノズル基板は、それぞれシリコン基板から形成された構成を採用することが望ましい。 In the above configuration, it is preferable that the liquid chamber forming substrate and the nozzle substrate each adopt a configuration formed of a silicon substrate.
この構成によれば、ノズルや液室等の流路を精度よく形成することができる。 According to this configuration, it is possible to accurately form a flow path such as a nozzle or a liquid chamber.
また、上記構成において、前記液室形成基板の厚さ方向において、前記底部は、前記液室形成基板の厚さの半分未満である構成を採用することが望ましい。 In the above configuration, it is preferable to adopt a configuration in which the bottom is less than half the thickness of the liquid chamber forming substrate in the thickness direction of the liquid chamber forming substrate.
この構成によれば、液室の必要な容積を確保することができる。 According to this configuration, a necessary volume of the liquid chamber can be secured.
さらに、上記構成において、前記キャップは、吸液材と、当該吸液材を前記キャップ内に保持する保持部材と、を備え、
前記液室形成基板の厚さ方向からの平面視において、前記保持部材が前記液室と重なる構成を採用することが望ましい。
Furthermore, in the above configuration, the cap includes a liquid absorbing material, and a holding member that holds the liquid absorbing material in the cap,
It is preferable to adopt a configuration in which the holding member overlaps the liquid chamber in a plan view from the thickness direction of the liquid chamber forming substrate.
この構成によれば、キャップ内に吸液材を偏りなく保持することができる。 According to this configuration, the liquid absorbing material can be held in the cap without bias.
また、上記構成において、前記キャップと接続され、当該キャップ内を吸引可能な吸引手段を備える構成を採用することが望ましい。 Further, in the above configuration, it is preferable to adopt a configuration including a suction unit connected to the cap and capable of suctioning the inside of the cap.
この構成によれば、ノズルからキャップ内に液体を吸引・排出することができる。 According to this configuration, the liquid can be sucked and discharged from the nozzle into the cap.
また、上記構成において、前記液室形成基板と前記ノズル基板との間に、接着剤を保持する窪み部が複数形成され、
前記液室形成基板の厚さ方向からの平面視において、前記液室が形成された領域における前記窪み部の形成密度は、前記液室が形成された領域から外れた領域における前記窪み部の形成密度よりも低い構成を採用することが望ましい。
Further, in the above configuration, between the liquid chamber forming substrate and the nozzle substrate, a plurality of recesses for holding an adhesive are formed,
In a plan view from the thickness direction of the liquid chamber forming substrate, the formation density of the depression in the region where the liquid chamber is formed is the formation density of the depression in a region outside the region where the liquid chamber is formed. It is desirable to adopt a configuration lower than the density.
この構成によれば、ノズル基板と液室形成基板の剥離を抑制しつつ、液室に対応する部分の強度を高めることができる。 According to this configuration, it is possible to increase the strength of the portion corresponding to the liquid chamber while suppressing the separation of the nozzle substrate and the liquid chamber forming substrate.
さらに、上記構成において、前記液室形成基板の厚さ方向からの平面視において、前記保持部材は、前記窪み部と重なる構成を採用することが望ましい。 Further, in the above configuration, it is preferable to adopt a configuration in which the holding member overlaps the recess when viewed in a plan view from the thickness direction of the liquid chamber forming substrate.
この構成によれば、キャップ内に吸液材をより偏りなく保持することができる。 According to this configuration, the liquid absorbing material can be held more evenly in the cap.
また、本発明に係る液体噴射ヘッドは、液体を噴射するノズルが形成されたノズル基板と、
前記ノズルに供給する液体を貯留する液室が10個形成された液室形成基板と
前記ノズル基板及び前記液室形成基板を保持するケースと、
を備え、
前記液室形成基板は、
前記ケースと前記ノズル基板との間に設けられ、
前記ケース側が開口し、前記ノズル基板側に底部を有する凹部が形成され、
前記凹部により前記液室が画成されたことを特徴とする。
Further, the liquid ejecting head according to the present invention, a nozzle substrate formed with a nozzle for ejecting liquid,
A liquid chamber forming substrate in which ten liquid chambers for storing liquid to be supplied to the nozzle are formed, a case holding the nozzle substrate and the liquid chamber forming substrate,
With
The liquid chamber forming substrate,
Provided between the case and the nozzle substrate,
The case side is open, a concave portion having a bottom on the nozzle substrate side is formed,
The liquid chamber is defined by the recess.
上記構成において、前記液室形成基板及び前記ノズル基板は、それぞれシリコン基板から形成された構成を採用することが望ましい。 In the above configuration, it is preferable that the liquid chamber forming substrate and the nozzle substrate each adopt a configuration formed from a silicon substrate.
また、上記構成において、前記液室形成基板の厚さ方向において、前記底部は、前記液室形成基板の厚さの半分未満である構成を採用することが望ましい。 In the above configuration, it is preferable to adopt a configuration in which the bottom is less than half the thickness of the liquid chamber forming substrate in the thickness direction of the liquid chamber forming substrate.
さらに、上記構成において、前記液室形成基板と前記ノズル基板との間に、接着剤を保持する窪み部が複数形成され、
前記液室形成基板の厚さ方向からの平面視において、前記液室が形成された領域における前記窪み部の形成密度は、前記液室が形成された領域から外れた領域における前記窪み部の形成密度よりも低い構成を採用することが望ましい。
Further, in the above configuration, between the liquid chamber forming substrate and the nozzle substrate, a plurality of recesses for holding an adhesive are formed,
In a plan view from the thickness direction of the liquid chamber forming substrate, the formation density of the depression in the region where the liquid chamber is formed is such that the formation of the depression in a region outside the region where the liquid chamber is formed. It is desirable to adopt a configuration lower than the density.
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明は、本発明の液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド(以下、記録ヘッド)10を搭載したインクジェット式記録装置(以下、プリンター)1を例に挙げて行う。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, various limitations are provided as preferred specific examples of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited thereto unless otherwise specified in the following description. However, the present invention is not limited to this embodiment. In the following description, as an example of the liquid ejecting apparatus of the present invention, an ink jet recording apparatus (hereinafter, printer) 1 equipped with an ink jet recording head (hereinafter, recording head) 10, which is a kind of liquid ejecting head, will be described. Do it.
図1は、プリンター1の一形態の構成を例示した面図である。本実施形態におけるプリンター1は、フレーム2と、このフレーム2内に配設されたプラテン3とを備えており、このプラテン3上に記録用紙、布帛、あるいは、樹脂シート等の媒体が搬送される。また、フレーム2内には、プラテン3と平行にガイドロッド5が設けられており、このガイドロッド5には、記録ヘッド10を搭載したキャリッジ6が摺動可能に支持されている。即ち、このキャリッジ6は、ガイドロッド5に沿って媒体の搬送方向に交差する主走査方向に往復移動するように構成されている。そして、プリンター1は、プラテン3上の媒体に対してキャリッジ6を主走査方向に相対移動させながら記録ヘッド10のノズル40(図3等参照)からインク(本発明における液体の一種)をインク滴として噴射させて、媒体上に当該インク滴を着弾させることにより文字や画像等の着弾パターンを形成(換言すると記録又は印刷)する。以下においては、互いに直交するX方向、Y方向、及びZ方向のうち、記録ヘッド10の移動方向(換言すると、主走査方向)をX方向とし、当該主走査方向と直交した媒体の搬送方向(換言すると、副走査方向)をY方向とし、XY平面に直交する方向をZ方向とする。
FIG. 1 is a plan view illustrating the configuration of one embodiment of the
キャリッジ6には、インクを貯留したインクカートリッジ8が着脱可能に複数装着されている。インクとしては、例えば、水系の染料インクもしくは顔料インクや、これらの水系のインクよりも耐候性が高められた有機溶剤系インクや、紫外線の照射による硬化する光硬化型インク等、周知の種々の組成のものを用いることができる。本実施形態における記録ヘッド10は、後述するように合計10列のノズル列41を備えているため、各ノズル列41にそれぞれ異なる種類のインクを対応させることができ、より多くの種類のインクを使用することが可能となる。このため、記録ヘッド10を搭載したプリンター1によれば、より多様な用途に対応でき、取り扱い性が向上する。なお、本実施形態においては、インクカートリッジ8がキャリッジ6に搭載される構成を例示したが、これには限られず、インクを貯留したカートリッジやタンク等の貯留部材がプリンター1の本体側に配置され、供給チューブを介して記録ヘッド10に供給される構成を採用することも可能である。
A plurality of
フレーム2内におけるプラテン3から外れた領域には、記録ヘッド10のノズル40の開口が形成された面であるノズル形成面を払拭するワイピング機構11が配設されている。このワイピング機構11は、ワイパー12を有している。このワイパー12としては、例えばゴムやエラストマー等の弾性・可撓性を有する部材により構成される。このワイピング機構11は、ワイピング動作においてワイパー12の先端部が記録ヘッド10のノズル形成面に接触可能な位置に当該ワイパー12を配置する。そして、ワイパー12の先端部がノズル形成面に接触した状態で両者を相対移動させることにより当該ワイパー12によってノズル形成面が払拭される。なお、ノズル形成面を払拭する機構としては、例えば、不織布等のシート状のワイパーにより払拭する構成のもの等、周知の種々の構成のものを採用することができる。
A
フレーム2内におけるキャリッジ6の待機位置であるホームポジションには、上記ワイピング機構11に隣接してキャッピング機構13が配設されている。キャッピング機構13は、記録ヘッド10のノズル形成面に当接し得るトレイ状のキャップ14(換言すると、封止部材)を有する。このキャッピング機構13では、キャップ14内の空間が封止空部47(図6参照)として機能し、この封止空部47内に記録ヘッド10のノズル40を臨ませた状態でノズル形成面に密着可能に構成されている。また、このキャップ14には、図示しない廃液チューブを介してポンプ15(本発明における吸引手段の一種)が接続されており、このポンプ15の駆動によって廃液チューブを介してキャップ14の封止空部内を負圧化することができる。そして、プリンター1にインクカートリッジ8が装着された際に当該インクカートリッジ8内のインクを記録ヘッド10内の流路に充填する初期充填動作や、記録ヘッド10のノズル40や流路の詰まりを解消するためのクリーニング動作においては、ノズル形成面への密着状態で封止空部47がポンプ15の駆動により負圧化されてノズル40から記録ヘッド10内のインクや気泡が吸引されてキャップ14の封止空部内に排出される。なお、キャップ14の詳細については後述する。
A
図2は、記録ヘッド10をノズル形成面側から見た斜視図である。本実施形態における記録ヘッド10は、ホルダー18を備えている。このホルダー18は、キャリッジ6に取り付けるためのフランジ部19と、フランジ部19から下方へ突出する直方体状のケース部20とを備えている。そして、ケース部20の下面、即ち、記録動作における媒体側の面には、後述する流路ユニット24が接合されている。また、ケース部20の内部には、キャリッジ6に装着されたインクカートリッジ8からのインクを流路ユニット24側に供給する流路や、後述する圧電素子28を駆動する駆動信号等を扱う回路基板等が設けられている。そして、本実施形態における記録ヘッド10には、複数のノズル40がY方向に列設されてなるノズル列41が合計10列設けられている。即ち、ノズル形成面には、合計10列のノズル列41a〜41jがX方向に並設されている。
FIG. 2 is a perspective view of the
また、記録ヘッド10の下面、即ち、後述するノズル基板30には、カバー部材22が取り付けられている。このカバー部材22は、例えばステンレス鋼等の金属製の板材より作成されており、ノズル基板30における各ノズル列41a〜41jが形成された領域(以下、適宜、ノズル形成領域と言う)を開口部21から露出させた状態で、ノズル基板30の周縁部を覆っている。そして、ノズル基板30のノズル形成領域とこれを囲むカバー部材22とからなる記録ヘッド10の下面全体が、キャッピング機構13のキャップ14によるキャッピングの対象となるノズル形成面となっている。
A
図3は、記録ヘッド10の構成の一例を説明する断面図である。なお、図3においては1つのノズル列41に対応する構成が示されているが、他のノズル列41に対応する構成も同様、又は、同図に示す構成とは左右対称の構成となっている。本実施形態における記録ヘッド10は、ケース部20と、流路ユニット24と、振動子ユニット25と、を備えている。ケース部20は、高さ方向であるZ方向に沿って収容空部27が形成された合成樹脂製のブロック状部材であり、振動子ユニット25や流路ユニット24を保持する部材である。このケース部20の下面には流路ユニット24が接合されている。また、収容空部27内には、後述する各圧電素子28の先端をケース部20の下面側の開口に臨ませた状態で振動子ユニット25が収容されている。さらに、ケース部20において収容空部27のX方向における外側に外れた位置には、インクカートリッジ8側からのインクを流路ユニット24側へ供給するインク供給路26がZ方向に沿って形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the
流路ユニット24は、Z方向における下側(換言すると、記録動作時のプラテン3側)からノズル基板30と流路基板29と振動板31とを順に積層して備えている。ノズル基板30は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル40がY方向に沿って複数並設されてノズル列41が形成された板状部材である。本実施形態におけるノズル基板30には、図2に示されるように、ノズル列41がX方向に合計10列並設されている。ノズル40の噴射側(換言すると、記録動作時のプラテン3側)の開口径は、例えば20μmとなっている。また、ノズル40の軸方向(Z方向)における寸法は、例えば40μm以上、80μm以下の範囲に設定されている。本実施形態におけるノズル基板30は、後述する流路基板29と同様にシリコン基板によって作製されている。ノズル基板30の厚さは、ノズル40の軸方向の寸法に応じて定められている。
The
本実施形態における流路基板29(本発明における液室形成基板に対応)は、シリコン基板から作成された板状の部材である。この流路基板29には、インク供給路26からのインクが流入する共通液室33となる凹部33a、インクを噴射させるために必要な圧力を発生させる圧力室34となる溝部、これらの共通液室33と圧力室34を個別に連通させる個別連通路35となる溝部、及び、圧力室34とノズル40とを連通させるノズル連通路38となる貫通口等が、例えば、異方性エッチングにより形成されている。これにより、流路を構成する各部の微細な形状が高い精度で形成されている。そして、本実施形態における流路基板29には、上記ノズル基板30に形成された合計10列のノズル列41a〜41jに対応させて、10列分に対応する共通液室33やこれと連通する圧力室34等の流路が流路基板29に形成されている。このように、流路基板29及びノズル基板30に関し、シリコン基板に対して異方性エッチングによってノズル40や共通液室33等の流路等の形状が形成されていることにより、寸法公差が小さくて済むため、微細な形状を高密度に形成することができる。その結果、流路基板29の小型化が可能となり、延いては記録ヘッド10の小型化に寄与する。また、流路基板29とノズル基板30とがシリコン基板で作製されていることにより、両者の線膨張率を揃えることができる。これにより、温度変化による流路基板29及びノズル基板30の歪みや剥離を抑制することが可能となる。
The
圧力室34は、ノズル列方向であるY方向に交差するX方向に長尺な流路であり、同一のノズル列41を構成する複数のノズル40に対応する数だけY方向に複数並設されている。個別連通路35は、各圧力室34に対応して複数形成され、当該圧力室34と共通液室33とを個別に連通させる流路である。この個別連通路35の流路断面積は、圧力室34の流路断面積よりも小さく設定され、当該個別連通路35を通過するインクに対して流路抵抗を付与する。ノズル連通路38は、流路基板29を貫通した状態で各圧力室34に対応して複数形成されており、圧力室34における個別連通路35側とはX方向において反対側の端部に連通している。また、ノズル連通路38は、流路基板29の下面において、ノズル基板30に形成されたノズル40と連通する。
The
共通液室33(本発明における液室に相当)は、ノズル列設方向であるY方向に沿って延在し、複数の圧力室34に連通する液室である。換言すると、共通液室33は、複数のノズル40に対するインクの供給に共用される液室である。この共通液室33は、流路基板29に形成された凹部33aの上部開口が、当該流路基板29の上面、即ち、ケース部20側の面に接合された振動板31により塞がれることで画成される。流路基板29において共通液室33を区画するための凹部33aは、流路基板29の上面側、即ち、ケース部20側から下面、即ち、ノズル基板30側に向けて流路基板29の厚さ方向(即ち、Z方向)の途中まで形成されている。このため、ノズル基板30と共通液室33との間には、底部36が設けられている。即ち、凹部33aは、ケース部20側が開口し、ノズル基板30側に底部36を有する。本実施形態における底部36の厚さは、流路基板29の厚さに対して、例えば、36%以上、50%未満に設定されている。つまり、底部36の厚さは、流路基板29の厚さの半分未満となっている。これにより、共通液室33に対応する部分におけるノズル基板30及び流路基板29の強度を確保しつつ、共通液室33として必要な容積を確保することができる。
The common liquid chamber 33 (corresponding to the liquid chamber in the present invention) is a liquid chamber that extends along the Y direction, which is the direction in which the nozzles are arranged, and communicates with the plurality of
そして、流路基板29の上面、即ち、ケース部20側の面に振動板31が接合されると共に、流路基板29の下面にノズル基板30が接合されることにより、共通液室33から個別連通路35、圧力室34、ノズル連通路38、及びノズル40に至るまでの流路が画成される。
The
上記振動板31は、比較的剛性の高い支持板31aに、可撓性を有する可撓膜31bを積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板により支持板31aが作成され、この支持板31aの表面に樹脂フィルムが可撓膜31bとして接合されて振動板31が構成されている。この振動板31において、圧力室34の上部開口に対応する位置には、当該圧力室34の容積を変化させる駆動面としてダイヤフラム部32が設けられている。また、この振動板31には、共通液室33の一部を封止するコンプライアンス部39が設けられている。
The
上記のダイヤフラム部32は、エッチング加工等によって支持板31aを部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部32は、圧電素子28の先端面が接続される部分が、支持板31aの他の部分から独立した島状に残された状態でその周囲の支持板31aがエッチング処理によって除去されている。このため、島状の部分(以下、島部)の周囲は可撓膜31bによって囲まれている。この島部と周囲の可撓膜31bが、ダイヤフラム部32として機能する。そして、駆動信号によって圧電素子28が駆動されることでダイヤフラム部32における島部がZ方向に変位し、これにより、圧力室34の容積が変動する。コンプライアンス部39は、共通液室33の開口面に対向する領域の支持板31aが、ダイヤフラム部32と同様にエッチング加工等によって除去されることにより作製され、共通液室33に貯留されたインクの圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。
The above-mentioned
上記の振動子ユニット25は、櫛歯状に形成された複数の圧電素子28からなる振動子群と、この振動子群の基端部分が接合される固定板37等により構成されている。この振動子群を構成する各圧電素子28は、例えば、50μm乃至100μm程度の幅に切り分けられている。また、各圧電素子28は、自由端部が固定板37の縁よりも外側に位置しており、片持ち梁の状態で固定板37に接合されている。そして、圧電素子28の自由端部を素子長手方向に伸縮させると、振動板31のダイヤフラム部32が圧力室34側に押されたり、圧力室34から離隔する側に引っ張られたりする。これにより、圧力室34の容積が変動し、圧力室34内のインク圧力が変化する。このインク圧力を利用してノズル40からインクをインク滴として噴射させることができる。
The
図4は、流路基板29の下面、即ち、ノズル基板30との接合面の構成を説明する平面図である。上記流路基板29とノズル基板30とは接着剤によって互いに接合されている。これらの流路基板29とノズル基板30との間、即ち、各基板の接合面には、微小な窪みからなるディンプル43(本発明における窪み部に相当)が、それぞれ複数形成されている。ディンプル43は、流路基板29とノズル基板30とを接合するための接着剤が導入される窪みである。本実施形態において、ディンプル43は、流路基板29のノズル基板30側の接合面と、ノズル基板30の流路基板29側の接合面とのそれぞれに形成されている。そして、流路基板29の接合面におけるディンプル43の形成位置と、ノズル基板30の接合面におけるディンプル43の形成位置とは対応しており、流路基板29とノズル基板30とが接着剤を介在させた状態で接合されると、両者のディンプル43が互いに連通して接着剤を収容する空間を画成する。なお、ディンプル43は、流路基板29の接合面又はノズル基板30の接合面のうち、少なくとも何れか一方に形成されていればよい。以下においては、流路基板29におけるディンプル43に着目して説明する。
FIG. 4 is a plan view illustrating the configuration of the lower surface of the
ディンプル43は、共通液室33の凹部33aと同様に異方性エッチングにより、上記接合面から流路基板29の厚さ方向(即ち、Z方向)の途中まで形成されており、圧力室34や共通液室33等のインク流路から独立した空間である。このディンプル43の深さ(即ち、Z方向における寸法)は、圧力室34や共通液室33の深さと比較して十分に浅くなっている。このように、流路基板29とノズル基板30との接合面にディンプル43が設けられていることにより、当該ディンプル43に流入する接着剤のアンカー効果により両基板をより強固に接合することができる。また、余剰な接着剤が流路側にはみ出すことが抑制される。本実施形態においては、共通液室33に対応する部分にもディンプル43が設けられているので、流路基板29とノズル基板30との接合強度を高めることができ、剥離等を抑制することができる。
The
ここで、図4に示されるように、ディンプル43は、流路基板29の接合面の全体に分布しているが、共通液室33に対応する部分とそれ以外の部分(即ち、共通液室33が形成された領域から外れた領域)とでは、ディンプル43の形成密度が異なっている。具体的には、共通液室33に対応する部分のディンプル43の形成密度は、それ以外の部分におけるディンプル43の形成密度よりも低くなっている。即ち、ディンプル43が設けられている部分では、その分だけ流路基板29の厚さが薄くなるので、ディンプル43が設けられていない部分と比較して強度が多少低下することになるが、共通液室33に対応する部分のディンプル43の形成密度が他の部分と比較して低くなっているので、共通液室33に対応する部分におけるノズル基板30及び流路基板29の強度を高めることができる。なお、ノズル基板30におけるディンプル43の形成密度も同様となっている。
Here, as shown in FIG. 4, the
図5は、キャッピング機構13が備えるキャップ14の構成の一例を説明する斜視図である。また、図6は、キャップ14により記録ヘッド10のノズル形成面が封止(換言すると、キャッピング)された状態(以下、キャッピング状態と称する)を説明する断面図である。キャップ14は、記録ヘッド10のノズル形成面、より詳しくは、ノズル形成面の一部であるカバー部材22に当接することにより、ノズル形成面においてノズル40が形成された領域を密封する部材である。本実施形態におけるキャップ14は、底板45と、この底板45の四方の周縁からそれぞれZ方向に起立した側壁部46とを有し、上面側(即ち、ノズル形成面側)が開口したトレイ状の基部48を備えている。また、側壁部46の頂部には、エラストマー等の弾性材からなる当接部49が設けられている。このキャップ14において、キャッピング状態で底板45と側壁部46とノズル形成面とで囲まれた空間が封止空部47となる。そして、このキャップ14の内部、即ち、底板45と側壁部46とで囲まれた空間には、ノズル40から排出されたインクを吸収する吸液材44が敷設されている。吸液材44は、スポンジ等の多孔質部材から構成されている。さらに、キャップ14の内部には、吸液材44をキャップ14内に保持するための保持部材50が設けられている。なお、本実施形態においては、キャッピング時にキャップ14の当接部49がノズル形成面のカバー部材22に当接する構成を示したが、これには限られず、当接部49がノズル基板30に当接する構成であっても良い。
FIG. 5 is a perspective view illustrating an example of the configuration of the
基部48は、比較的硬質の合成樹脂、本実施形態においては、変成ポリフェニレンエーテル(即ち、変性PPE)から作製されている。基部48の底板45には、ノズル40から封止空部47内に排出されたインクを排出する図示しない排出口が形成されている。この排出口には図示しない排液チューブが接続され、キャッピング状態で上記ポンプ15が駆動されると、排液チューブを介してキャップ内の封止空部47が負圧化され、これによりノズル40から記録ヘッド10内のインクが吸引・排出される。
The
側壁部46の上端面(頂部)に設けられた当接部49は、断面視で先端側(キャッピング状態におけるノズル形成面側)に向かって細くなっている。本実施形態における当接部49は、撥液性および弾性を有する樹脂、具体的には、シリコーン樹脂により作製されている。シリコーン樹脂は、撥液性および弾性を有する他、耐熱性や化学的安定性を有し、長期にわたって性能が維持されるので、当接部49として好適である。
The
保持部材50は、キャップ14内において吸液材44の上面を覆う状態で配置されており、ノズル形成面と吸液材44との距離を一定に維持する。本実施形態における保持部材50は、例えば、薄手の金属製の板材から作製されている。この保持部材50は、Z方向からの平面視で吸液材44の外形に倣った形状の枠材51と、枠材51の内側において格子状に組み合わされた複数の線材52とを有し、これらの枠材51及び線材52によりメッシュ状に形成されている。図6に示されるように、保持部材50は、キャッピング状態におけるノズル形成面と吸液材44の上面(即ち、ノズル形成面と対向する側の面)との間に配置されている。そして、保持部材50は、キャップ14の開口面、即ち、当接部49の頂部で規定される面よりも底板45側に位置している。また、保持部材50の複数の線材52は、X方向及びY方向においてそれぞれ均等な間隔で配置されている。即ち、保持部材50は、吸液材44の上面に対して偏りなく均等に分布している。そして、本実施形態においては、Z方向からの平面視において共通液室33と重なる位置にも保持部材50(より詳しくは、線材52)が配置されている。さらに、流路基板29とノズル基板30との間のディンプル43に平面視で重なる位置にも保持部材50が配置されている。このように、保持部材50が偏りなく配置されていることにより、吸液材44をより均等に保持することができる。
The holding
上記構成のキャップ14を有するキャッピング機構13では、キャッピングの際、ホームポジションに位置する記録ヘッド10に向けてキャップ14が上昇してノズル形成面に当接部49が弾性により密着し、これにより画成される封止空部47内に各ノズル列41のノズル40が密封される。本実施形態におけるプリンター1では、記録ヘッド10のノズル形成面に形成された10列のノズル列41a〜41jが、1つのキャップ14により一括してキャッピングされる。このキャッピング状態でポンプ15を作動させると、封止空部47内が減圧されるので、ノズル40を通じて記録ヘッド10内のインクが吸引されて、ヘッド外部に排出される。このような吸引動作は、インクカートリッジ8がプリンター1に新たに装着された際にこのインクカートリッジ8内のインクを記録ヘッド10に充填する初期充填や、記録ヘッド10の流路内の増粘インクや気泡を除去するためのクリーニング動作理等において行われる。
In the
本発明に係るプリンター1では、流路基板29において共通液室33を区画している凹部33aがノズル基板30側に底部36を有するので、共通液室33に対応する部分におけるノズル基板30及び流路基板29の強度が向上する。これにより、プリンター1において記録ヘッド10の取り扱い性が向上する。例えば、キャップ14内の保持部材50の一部、具体的には、枠材51や線材52が、Z方向からの平面視において共通液室33に重なっても良いので、記録ヘッド10とノズル形成面とキャップ14との相対位置のばらつきをある程度許容することができる。換言すると、キャッピング時のノズル形成面とキャップ14との相対位置を高い精度でガイドしなくても良い。また、保持部材50の枠材51や線材52が、Z方向からの平面視においてディンプル43に重なっても良い。このように、保持部材50の枠材51や線材52の配置位置が、記録ヘッド10の共通液室33やディンプル43の位置との関係で制限されないので、キャップ14内に吸液材44をより偏りなく保持することができる。勿論、枠材51や線材52が、吸液材44の上面に対して偏りなく均等に配置されていれば、Z方向からの平面視において共通液室33やディンプル43と重なっていなくても良い。
In the
また、ノズル形成面に形成された10列のノズル列41a〜41jを一括してキャッピングするキャップ14を採用することができる。つまり、記録ヘッド10に対して複数のキャップ14を設ける必要が無い。そして、このように10列ものノズル列41a〜41jを一括してキャッピングする構成のキャップ14は、その分、大型化し、それ自体に反りや歪みが生じやすいが、ノズル形成面をキャッピングした際に保持部材50がノズル形成面に万一接触したとしても、ノズル基板30や流路基板29の破損を抑制することができる。同様に、10列ものノズル列41a〜41jに対応して強力な吸引動作がキャッピング状態で行われた際に、キャップ14内の保持部材50がノズル形成面に万一接触したとしても、ノズル基板30や流路基板29の破損を抑制することが可能となる。
Further, the
さらに、凹部33aがノズル基板30側に底部36を有するので、キャップ14からの荷重を流路基板29におけるより広い範囲で受けることができる。これにより、キャッピング時にノズル形成面に対するキャップ14の押圧力を高めることができ、ノズル形成面の各ノズル40をより確実に密封することができる。その結果、吸引動作時における吸引効率を高めることができる。また、凹部33aがノズル基板30側に底部36を有するので、その分、ノズル基板30と流路基板29との接着面積を広くすることができる。このため、流路基板29とノズル基板30との接着強度を高めることができ、両基板の剥離を抑制することが可能となる。
Further, since the
また、本実施形態においては、単一(換言すると、一枚)のノズル基板30に合計10列のノズル列41a〜41jが形成され、また、単一の流路基板29に10列のノズル列41に対応する共通液室33等の流路が形成されているので、複数の単位ヘッドを並べて記録ヘッド全体として合計10列のノズル列を備えた構成と比較して、記録ヘッド10の構造の単純化、及び、省スペース化が可能となる。その結果、記録ヘッド10の小型化が可能となる。
In the present embodiment, a total of ten
この他、本発明は、複数のノズル列、特に10列以上のノズル列が単一のノズル基板に形成され、これに対応する液室等の流路が単一の流路基板(即ち、液室形成基板)に形成された液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ(生物化学素子)の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を複数備える液体噴射ヘッド、及び、これを備える液体噴射装置にも本発明を適用することができる。 In addition, according to the present invention, a plurality of nozzle rows, in particular, 10 or more nozzle rows are formed on a single nozzle substrate, and the corresponding flow path such as a liquid chamber is formed on a single flow path substrate (that is, a liquid flow path). The present invention can also be applied to a liquid ejecting apparatus including a liquid ejecting head formed on a chamber forming substrate). For example, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an organic EL (Electro Luminescence) display, an FED (surface emitting display), a biochip (biochemical element) The present invention can also be applied to a liquid ejecting head having a plurality of biological organic matter ejecting heads and the like used in the production of (1) and a liquid ejecting apparatus having the same.
1…プリンター,2…フレーム,3…プラテン,5…ガイドロッド,6…キャリッジ,8…インクカートリッジ,10…記録ヘッド,11…ワイピング機構,12…ワイパー,13…キャッピング機構,14…キャップ,15…ポンプ,17…ヘッドユニット,18…ホルダー,19…フランジ部,20…ケース部,21…開口部,22…カバー部材,24…流路ユニット,25…振動子ユニット,26…インク供給路,27…収容空部,28…圧電素子,29…流路基板,30…ノズル基板,31…振動板,32…ダイヤフラム部,33…共通液室,33a…凹部,34…圧力室,35…個別連通路,36…底部,37…固定板,38…ノズル連通路,39…コンプライアンス部,40…ノズル,41…ノズル列,43…ディンプル,44…吸液材,45…底部,46…側壁部,47…封止空部,48…基部,49…当接部,50…保持部材,51…枠材,52…線材
REFERENCE SIGNS
Claims (11)
前記液体噴射ヘッドの前記ノズルが形成されたノズル形成面に当接して前記10個の液室に対応する複数の前記ノズルを封止するキャップと、
を備え、
前記液室形成基板は、
前記ケースと前記ノズル基板との間に設けられ、
前記ケース側が開口し、前記ノズル基板側に底部を有する凹部が形成され、
前記凹部により前記液室が画成されたことを特徴とする液体噴射装置。 A nozzle substrate on which a nozzle for ejecting liquid is formed, a liquid chamber forming substrate on which ten liquid chambers for storing liquid to be supplied to the nozzle are formed, and a case for holding the nozzle substrate and the liquid chamber forming substrate. A liquid jet head having
A cap that seals the plurality of nozzles corresponding to the ten liquid chambers by contacting a nozzle forming surface of the liquid ejecting head where the nozzles are formed;
With
The liquid chamber forming substrate,
Provided between the case and the nozzle substrate,
The case side is open, a concave portion having a bottom on the nozzle substrate side is formed,
The liquid ejecting apparatus, wherein the liquid chamber is defined by the recess.
前記液室形成基板の厚さ方向からの平面視において、前記保持部材が前記液室と重なることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の液体噴射装置。 The cap includes a liquid absorbing material and a holding member that holds the liquid absorbing material in the cap,
The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the holding member overlaps the liquid chamber in a plan view from a thickness direction of the liquid chamber forming substrate.
前記液室形成基板の厚さ方向からの平面視において、前記液室が形成された領域における前記窪み部の形成密度は、前記液室が形成された領域から外れた領域における前記窪み部の形成密度よりも低いことを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の液体噴射装置。 Between the liquid chamber forming substrate and the nozzle substrate, a plurality of recesses for holding an adhesive are formed,
In a plan view from the thickness direction of the liquid chamber forming substrate, the formation density of the depression in the region where the liquid chamber is formed is such that the formation of the depression in a region outside the region where the liquid chamber is formed. The liquid ejecting apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the liquid ejecting apparatus is lower than the density.
前記ノズルに供給する液体を貯留する液室が10個形成された液室形成基板と
前記ノズル基板及び前記液室形成基板を保持するケースと、
を備え、
前記液室形成基板は、
前記ケースと前記ノズル基板との間に設けられ、
前記ケース側が開口し、前記ノズル基板側に底部を有する凹部が形成され、
前記凹部により前記液室が画成されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。 A nozzle substrate on which a nozzle for ejecting liquid is formed,
A liquid chamber forming substrate in which ten liquid chambers for storing liquid to be supplied to the nozzle are formed, a case holding the nozzle substrate and the liquid chamber forming substrate,
With
The liquid chamber forming substrate,
Provided between the case and the nozzle substrate,
The case side is open, a concave portion having a bottom on the nozzle substrate side is formed,
The liquid jet head, wherein the liquid chamber is defined by the concave portion.
前記液室形成基板の厚さ方向からの平面視において、前記液室が形成された領域における前記窪み部の形成密度は、前記液室が形成された領域から外れた領域における前記窪み部の形成密度よりも低いことを特徴とする請求項8から請求項10の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 Between the liquid chamber forming substrate and the nozzle substrate, a plurality of recesses for holding an adhesive are formed,
In a plan view from the thickness direction of the liquid chamber forming substrate, the formation density of the depression in the region where the liquid chamber is formed is such that the formation of the depression in a region outside the region where the liquid chamber is formed. The liquid jet head according to any one of claims 8 to 10, wherein the liquid jet head is lower than the density.
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