JP2020075444A - ヘッドチップ、液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置 - Google Patents
ヘッドチップ、液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
1.実施の形態(一対のヘッドチップの間に流路プレートが配置されると共にインク循環を行う、エッジシュート型のインクジェットヘッドの例。)
2.変形例
変形例1(一対のヘッドチップの間に流路プレートが配置されると共にインク循環を伴わない、エッジシュート型のインクジェットヘッドの例。)
変形例2(流路プレートの片側にヘッドチップを配置するようにした、インク循環を行う、エッジシュート型のインクジェットヘッドの例。)
変形例3(一対のヘッドチップの外側からインクが供給される、エッジシュート型のインクジェットヘッドの例。)
3.その他の変形例
[プリンタ1の全体構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る液体噴射記録装置としてのプリンタ1の概略構成例を、模式的に斜視図にて表したものである。このプリンタ1は、インクを利用して、被記録媒体としての記録紙Pに対して、画像や文字等の記録(印刷)を行うインクジェットプリンタである。
インクタンク3は、インクを内部に収容するタンクである。このインクタンク3としては、この例では図1に示したように、イエロー(Y),マゼンダ(M),シアン(C),ブラック(K)の4色のインクを個別に収容する、4種類のタンクが設けられている。すなわち、イエローのインクを収容するインクタンク3Yと、マゼンダのインクを収容するインクタンク3Mと、シアンのインクを収容するインクタンク3Cと、ブラックのインクを収容するインクタンク3Kとが設けられている。これらのインクタンク3Y,3M,3C,3Kは、筺体10内において、X軸方向に沿って並んで配置されている。
インクジェットヘッド4は、後述する複数のノズル78から記録紙Pに対して液滴状のインクを噴射(吐出)して、画像や文字等の記録を行うヘッドである。このインクジェットヘッド4としても、この例では図1に示したように、上記したインクタンク3Y,3M,3C,3Kにそれぞれ収容されている4色のインクを個別に噴射する、4種類のヘッドが設けられている。すなわち、イエローのインクを噴射するインクジェットヘッド4Yと、マゼンダのインクを噴射するインクジェットヘッド4Mと、シアンのインクを噴射するインクジェットヘッド4Cと、ブラックのインクを噴射するインクジェットヘッド4Kとが設けられている。これらのインクジェットヘッド4Y,4M,4C,4Kは、筺体10内において、Y軸方向に沿って並んで配置されている。
走査機構6は、記録紙Pの幅方向(Y軸方向)に沿って、インクジェットヘッド4を走査させる機構である。この走査機構6は、図1に示したように、Y軸方向に沿って延設された一対のガイドレール31,32と、これらのガイドレール31,32に移動可能に支持されたキャリッジ33と、このキャリッジ33をY軸方向に沿って移動させる駆動機構34と、を有している。また、駆動機構34は、ガイドレール31,32の間に配置された一対のプーリ35,36と、これらのプーリ35,36間に巻回された無端ベルト37と、プーリ35を回転駆動させる駆動モータ38と、を有している。
図2は、インク循環機構8の概略構成例を表した模式図である。インク循環機構8は、インクタンク3とインクジェットヘッド4との間でインクを循環させる機構であり、インク供給管81およびインク排出管82により構成される循環流路83と、インク供給管81に設けられた加圧ポンプ84と、インク排出管82に設けられた吸引ポンプ85とを備える。インク供給管81およびインク排出管82は、例えば、インクジェットヘッド4を支持する走査機構6の動作に追従可能な程度に可撓性を有するフレキシブルホースにより構成されている。
次に、図1に加えて図3〜図8を参照して、インクジェットヘッド4の詳細構成例について説明する。図3は、インクジェットヘッド4の詳細構成例を、斜視図で表したものである。図4は、インクジェットヘッド4における、ヘッドチップ40Aの吐出チャネル54(後出)とヘッドチップ40Bのダミーチャネル55(後出)とを含むY−Z断面の構成例を表す断面図である。図5は、インクジェットヘッド4における、ヘッドチップ40Aのダミーチャネル55(後出)とヘッドチップ40Bの吐出チャネル54(後出)とを含むY-Z断面の構成例を表す断面図である。図6は、インクジェットヘッド4における、吐出チャネル54およびダミーチャネル55の延在方向(Z軸方向)と直交する断面(X−Y断面)を拡大して表す断面図である。図7は、ヘッドチップ40の一部を拡大して表す部分破断斜視図である。
一対のヘッドチップ40A,40Bは互いに実質的に同一の構成を有しており、Y軸方向において流路プレート41を挟んで実質的に対称の姿勢をなすように実質的に対称の位置に設けられている。以下では、特に区別が必要のない場合は、一対のヘッドチップ40A,40Bをヘッドチップ40と総称して説明する。なお、ヘッドチップ40は本開示における「ヘッドチップ」の一具体例に対する。ヘッドチップ40は、流路プレート41に近い位置から順にカバープレート52と、アクチュエータプレート51と、封止プレート53とを備える。なお、封止プレート53は本開示における「封止板」の一具体例に対する。
アクチュエータプレート51は、X軸方向を長手方向とすると共にZ軸方向を短手方向とする、X−Z面に沿って広がる板状部材であり、カバープレート52と対向する表面51f1と、封止プレート53と対向する裏面51f2とを有する。表面51f1および裏面51f2は、互いに反対側を向いている。なお、「表面51f1」は本開示の「第2面」に対応する一具体例であり、「裏面51f2」は本開示の「第1面」に対応する一具体例である。図7に示したように、裏面51f2は、端部領域R1とチャネル形成領域R2とを含んでいる。端部領域R1は封止プレート53と重なることなく外部に露出する部分であり、チャネル形成領域R2は吐出チャネル54およびダミーチャネル55が形成されると共に封止プレート53と重なり合う部分である。アクチュエータプレート51は、表面51f1と裏面51f2とを繋ぐ厚さ方向(Y軸方向)において互いに異なる分極方向を有する2枚の圧電基板51aおよび圧電基板51bを積層した、いわゆるシェブロンタイプの積層基板である(図6参照)。それらの圧電基板51a,51bは、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料からなるセラミックス基板が好適に用いられる。
カバープレート52は、X軸方向を長手方向とすると共にZ軸方向を短手方向とする、XZ面に沿って広がる板状部材である。カバープレート52は、アクチュエータプレート51の表面51f1と対向する対向面52f1を有する。
封止プレート53は、カバープレート52と同様、X軸方向を長手方向とすると共にZ軸方向を短手方向とする、XZ面に沿って広がる板状部材である。封止プレート53は、アクチュエータプレート51の下端面511およびカバープレート52の下端面521とZ軸方向において一致する下端面531と、Z軸方向において下端面531と反対側に位置する上端面532とを有している。上端面532は、Z軸方向において上端面512および上端面522の位置から後退した位置にある。封止プレート53は、アクチュエータプレート51の裏面51f2と対向する対向面53f1をさらに有する。封止プレート53は、対向面53f1がアクチュエータプレート51の裏面51f2のうちのチャネル形成領域R2と対向するように配置される。したがって、封止プレート53とカバープレート52とによって複数の吐出チャネル54および複数のダミーチャネル55が閉塞されるようになっている。封止プレート53は、開口や切り欠き、溝などを有しなくともよい。すなわち、単純な直方体でよいので、その構成材料として加工の困難な機能性材料や、高い加工精度が得にくい低価格材料を用いることもできる。すなわち、材料種の選択の自由度が向上する。
図3に示したように、一対のヘッドチップ40A,40Bは、各々の対向面52f2同士をY方向で対向させた状態で、Y軸方向に流路プレート41を挟んで配置されている。
流路プレート41は、Y軸方向においてヘッドチップ40Aとヘッドチップ40Bとの間に挟持されている。流路プレート41は、同一の部材により一体に形成されているとよい。図3に示したように、流路プレート41は、X軸方向を長手方向としY軸方向を短手方向とする矩形板状をなしている。Y軸方向から見て、流路プレート41の外形は、カバープレート52の外形と実質的に同じである。
図3に示したように、入口マニホールド42は、ヘッドチップ40A,40Bおよび流路プレート41のX軸方向の一端面に接合されている。入口マニホールド42には、一対の入口流路74に連通する供給路77が形成されている。供給路77における流路プレート41と反対側の端部はインク供給管81(図1参照)に接続されている。
帰還プレート43は、X軸方向を長手方向としY軸方向を短手方向とする矩形板状をなしている。帰還プレート43は、ヘッドチップ40A,40Bの下端面511,521,531および流路プレート41の下端面411にまとめて接合されている。すなわち、帰還プレート43は、ヘッドチップ40Aおよびヘッドチップ40Bにおける吐出チャネル54の開口54K側に配設されている。帰還プレート43は、ヘッドチップ40Aとヘッドチップ40Bとにおける吐出チャネル54の開口54Kと、ノズルプレート44の上面との間に介在するスペーサプレートである。帰還プレート43には、ヘッドチップ40A,40Bの吐出チャネル54と出口流路75との間を接続する複数の循環路76が形成されている。複数の循環路76は、第1循環路76aおよび第2循環路76bを含んでいる。複数の循環路76は、帰還プレート43をZ軸方向に貫通している。
図3に示したように、ノズルプレート44の外形は、X軸方向を長手方向としY軸方向を短手方向とする矩形板状をなしている。ノズルプレート44は、帰還プレート43の下端面に接合されている。ノズルプレート44には、ノズルプレート44をZ軸方向に貫通する複数のノズル78(噴射孔)が配列されている。複数のノズル78は、第1ノズル78aおよび第2ノズル78bを含む。複数のノズル78は、ノズルプレート44をZ軸方向に貫通している。
配線基板45は、共通電極パッド62,個別電極パッド64各々と駆動回路とを電気的に接続する。配線基板45には、例えば、複数の共通電極パッド62のそれぞれに接続された複数の引き出し電極と、複数の個別電極パッド64のそれぞれに接続された複数の引き出し電極とが設けられている。駆動回路は、例えば、集積回路(IC:Integrated Circuit)等により構成されている。集積回路は、配線基板45に搭載されていてもよい。なお、「配線基板45」は、本開示の「配線基板」または「外部配線」に対応する一具体例であ
次に、インクジェットヘッド4の製造方法について説明する。本実施形態のインクジェットヘッド4の製造方法は、ヘッドチップ作製工程と、流路プレート作製工程と、プレート接合工程と、帰還プレート等接合工程と、を含む。なお、ヘッドチップ作製工程は、ヘッドチップ40Aとヘッドチップ40Bとで同様の方法により行うことが可能である。したがって、以下の説明ではヘッドチップ40Aにおけるヘッドチップ作製工程について説明する。
本実施の形態のインクジェットヘッド4の製造方法におけるヘッドチップ作製工程は、主に、アクチュエータプレート51に係る工程と、カバープレート52に係る工程とを含んでいる。これらのうち、アクチュエータプレート51に係る工程は、例えばウエハ準備工程、マスクパターン形成工程、チャネル形成工程および電極形成工程を含む。以下、図9A〜図9Jを参照して、主にアクチュエータプレート51に係る工程を説明する。
本実施の形態のインクジェットヘッド4の製造方法における流路プレート作製工程は、流路形成工程および個片化工程を含むものである。
図3に示したように、各種プレート接合工程では、ヘッドチップ40Aのカバープレート52およびヘッドチップ40Bのカバープレート52のそれぞれと流路プレート41とを接合する。具体的に、流路プレート41の主面41f1をヘッドチップ40Aの対向面52f2に貼り付けると共に、流路プレート41の主面41f2をヘッドチップ40Bの対向面52f2に貼り付ける。これにより、プレート接合体を作製する。なお、流路ウエハ130の両面にカバーウエハ120を1枚ずつ貼り合わせてからチップ分割(個片化)を行うことにより、ヘッドチップ40Aのカバープレート52と流路プレート41とヘッドチップ40Bのカバープレート52とが順に貼り合わされたプレート接合体を作製するようにしてもよい。
次いで、上述のプレート接合体に対して帰還プレート43およびノズルプレート44を接合する。そののち、共通電極パッド62,個別電極パッド64各々に対し配線基板45を実装する(図4,図5参照)。
(A.プリンタ1の基本動作)
このプリンタ1では、以下のようにして、記録紙Pに対する画像や文字等の記録動作(印刷動作)が行われる。なお、初期状態として、図1に示した4種類のインクタンク3(3Y,3M,3C,3K)にはそれぞれ、対応する色(4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3内のインクがインク循環機構8を介してインクジェットヘッド4内に充填された状態となっている。より具体的には、所定量のインクが、インク供給管81および流路プレート41を介してヘッドチップ40に供給され、液体供給路70を経て吐出チャネル54内に充填された状態となっている。
続いて、図1〜図8を参照して、インクジェットヘッド4における詳細動作(インクの噴射動作)について説明する。すなわち、本実施の形態のインクジェットヘッド4(エッジシュートタイプ)では、以下のようにして、せん断(シェア)モードを用いたインクの噴射動作が行われる。なお、以下の噴射動作はインクジェットヘッド4に搭載された駆動回路(図示せず)により実行される。
次に、本実施の形態のヘッドチップ40、インクジェットヘッド4およびプリンタ1における作用および効果について詳細に説明する。
続いて、上記実施の形態の変形例(変形例1〜3)について説明する。なお、実施の形態における構成要素と実質的に同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図13は、変形例1に係るインクジェットヘッド4Aにおける、吐出チャネル54に延在方向に沿った断面を表している。図13は、上記実施の形態のインクジェットヘッド4を表す図4に対応している。上記実施の形態のインクジェットヘッド4は、ヘッドチップ40とノズルプレート44との間に帰還プレート43が挿入され、インクタンク3とインクジェットヘッド4との間においてインク循環を行う構造を有している。これに対し、図13に示した変形例1に係るインクジェットヘッド4Aは、帰還プレート43を有していない。すなわち、ヘッドチップ40A,40Bの下端面511,521,531および流路プレート41の下端面411に、ノズルプレート44が接着剤等により接合されている。また、流路プレート41には、入口流路74が設けられているものの、出口流路75は設けられていない。したがって、インクジェットヘッド4Aでは、その内部におけるインク循環が行われずに、吐出チャネル54の開口54Kから吐出されるインクがノズルプレート44へ向かい、ノズル78から吐出されるようになっている。変形例1に係るインクジェットヘッド4Aは、上記の点を除き、他は上記実施の形態のインクジェットヘッド4と実質的に同じ構成を有するので、上記実施の形態のインクジェットヘッド4と同様の効果が期待できる。
図14は、変形例2に係るインクジェットヘッド4Bにおける、吐出チャネル54に延在方向に沿った断面を表している。図14は、上記実施の形態のインクジェットヘッド4を表す図4に対応している。上記実施の形態のインクジェットヘッド4は、1つの流路プレート41の両側にヘッドチップ40Aおよびヘッドチップ40Bが設けられた構造を有する。これに対し、図14に示した変形例2に係るインクジェットヘッド4Bは、1つの流路プレート41Bの片側のみにヘッドチップ40が設けられた構造を有している。変形例2に係るインクジェットヘッド4Bは、上記の点を除き、他は上記実施の形態のインクジェットヘッド4と実質的に同じ構成を有する。
図15は、変形例3に係るインクジェットヘッド4Cにおける、吐出チャネル54に延在方向に沿った断面を表している。図15は、上記実施の形態のインクジェットヘッド4を表す図4に対応している。上記実施の形態のインクジェットヘッド4は、アクチュエータプレート51の裏面51f2に共通電極パッド62および個別電極パッド64が設けられた構造を有する。これに対し、図15に示した変形例3に係るインクジェットヘッド4Cは、アクチュエータプレート51の表面51f1に共通電極パッド62および個別電極パッド64が設けられた構造を有している。変形例3に係るインクジェットヘッド4Cは、上記の点を除き、他は上記実施の形態のインクジェットヘッド4と実質的に同じ構成を有する。
以上、実施の形態および変形例をいくつか挙げて本開示を説明したが、本開示はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
(1)
液体に圧力を印加するアクチュエータプレートおよび配線基板を備え、前記液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータプレートは、
第1面、および前記第1面と反対側を向く第2面と、
前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に開口を有し、互いに分離して交互に配置された吐出チャネルおよび非吐出チャネルと、
前記吐出チャネルの側壁に設けられた共通電極と、
前記共通電極と電気的に分離され、前記非吐出チャネルの側壁に設けられた個別電極と、
前記第1面に設けられ、前記共通電極と前記配線基板とを電気的に接続する共通電極パッドと、
隣り合う前記非吐出チャネルの前記個別電極を電気的に接続するとともに、前記第1面に露出されないバイパス配線と
を含む液体噴射ヘッド。
(2)
前記バイパス配線は、前記第2面に設けられている
前記(1)に記載の液体噴射ヘッド。
(3)
前記第2面には、前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルの並び方向に延在するバイパス溝が設けられ、
前記バイパス配線は前記バイパス溝内に設けられている
前記(1)または前記(2)に記載の液体噴射ヘッド。
(4)
前記アクチュエータプレートは、更に、隣り合う前記非吐出チャネルの前記個別電極を電気的に接続するとともに前記第1面に設けられた個別電極パッドを有する
前記(1)ないし前記(3)のうちいずれか1つに記載の液体噴射ヘッド。
(5)
更に、前記アクチュエータプレートに対向する封止板と、
前記吐出チャネルに連通する液体流通孔を有し、前記アクチュエータプレートを間にして前記封止板に対向して設けられたカバープレートとを有し、
前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルは、前記第1面および前記第2面の両方に前記開口を有し、
前記封止板が前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルの前記第1面の前記開口を塞いでいる
前記(1)ないし前記(4)のうちいずれか1つに記載の液体噴射ヘッド。
(6)
更に、前記アクチュエータプレートに交差する方向に配置され、前記吐出チャネルと連通する循環路を有する帰還プレートと、
前記アクチュエータプレートとしての第1のアクチュエータプレートおよび第2のアクチュエータプレートと、
前記カバープレートとしての第1のカバープレートおよび第2のカバープレートと、
前記封止板としての第1の封止板および第2の封止板と、
前記第1の封止板と前記第2の封止板との間に設けられた流路プレートとを備え、
前記第1のアクチュエータプレートは前記第1の封止板と前記流路プレートとの間に設けられ、
前記第2のアクチュエータプレートは前記第2の封止板と前記流路プレートとの間に設けられ、
前記第1のカバープレートは前記第1のアクチュエータプレートと前記流路プレートとの間に設けられ、
前記第2のカバープレートは前記第2のアクチュエータプレートと前記流路プレートとの間に設けられ、
前記流路プレートは、前記第1のカバープレートの前記液体流通孔および前記第2のカバープレートの前記液体流通孔と連通する液体供給流路と、前記循環路と連通する液体排出流路とを有する
前記(5)に記載の液体噴射ヘッド。
(7)
前記(1)ないし前記(6)のうちいずれか1つに記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体を収容する収容部と
を備えた液体噴射記録装置。
(8)
液体に圧力を印加するアクチュエータプレートを備え、前記液体を噴射するヘッドチップであって、
前記アクチュエータプレートは、
第1面、および前記第1面と反対側を向く第2面と、
前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に開口を有し、互いに分離して交互に配置された吐出チャネルおよび非吐出チャネルと、
前記吐出チャネルの側壁に設けられた共通電極と、
前記共通電極と電気的に分離され、前記非吐出チャネルの側壁に設けられた個別電極と、
前記第1面に設けられ、前記共通電極と外部配線とを電気的に接続する共通電極パッドと、
隣り合う前記非吐出チャネルの前記個別電極を電気的に接続するとともに、前記第1面に露出されないバイパス配線と
を含むヘッドチップ。
Claims (8)
- 液体に圧力を印加するアクチュエータプレートおよび配線基板を備え、前記液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記アクチュエータプレートは、
第1面、および前記第1面と反対側を向く第2面と、
前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に開口を有し、互いに分離して交互に配置された吐出チャネルおよび非吐出チャネルと、
前記吐出チャネルの側壁に設けられた共通電極と、
前記共通電極と電気的に分離され、前記非吐出チャネルの側壁に設けられた個別電極と、
前記第1面に設けられ、前記共通電極と前記配線基板とを電気的に接続する共通電極パッドと、
隣り合う前記非吐出チャネルの前記個別電極を電気的に接続するとともに、前記第1面に露出されないバイパス配線と
を含む液体噴射ヘッド。 - 前記バイパス配線は、前記第2面に設けられている
請求項1に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記第2面には、前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルの並び方向に延在するバイパス溝が設けられ、
前記バイパス配線は前記バイパス溝内に設けられている
請求項1または請求項2に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記アクチュエータプレートは、更に、隣り合う前記非吐出チャネルの前記個別電極を電気的に接続するとともに前記第1面に設けられた個別電極パッドを有する
請求項1ないし請求項3のうちいずれか1項に記載の液体噴射ヘッド。 - 更に、前記アクチュエータプレートに対向する封止板と、
前記吐出チャネルに連通する液体流通孔を有し、前記アクチュエータプレートを間にして前記封止板に対向して設けられたカバープレートとを有し、
前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルは、前記第1面および前記第2面の両方に前記開口を有し、
前記封止板が前記吐出チャネルおよび前記非吐出チャネルの前記第1面の前記開口を塞いでいる
請求項1ないし請求項4のうちいずれか1項に記載の液体噴射ヘッド。 - 更に、前記アクチュエータプレートに交差する方向に配置され、前記吐出チャネルと連通する循環路を有する帰還プレートと、
前記アクチュエータプレートとしての第1のアクチュエータプレートおよび第2のアクチュエータプレートと、
前記カバープレートとしての第1のカバープレートおよび第2のカバープレートと、
前記封止板としての第1の封止板および第2の封止板と、
前記第1の封止板と前記第2の封止板との間に設けられた流路プレートとを備え、
前記第1のアクチュエータプレートは前記第1の封止板と前記流路プレートとの間に設けられ、
前記第2のアクチュエータプレートは前記第2の封止板と前記流路プレートとの間に設けられ、
前記第1のカバープレートは前記第1のアクチュエータプレートと前記流路プレートとの間に設けられ、
前記第2のカバープレートは前記第2のアクチュエータプレートと前記流路プレートとの間に設けられ、
前記流路プレートは、前記第1のカバープレートの前記液体流通孔および前記第2のカバープレートの前記液体流通孔と連通する液体供給流路と、前記循環路と連通する液体排出流路とを有する
請求項5に記載の液体噴射ヘッド。 - 請求項1ないし請求項6のうちいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体を収容する収容部と
を備えた液体噴射記録装置。 - 液体に圧力を印加するアクチュエータプレートを備え、前記液体を噴射するヘッドチップであって、
前記アクチュエータプレートは、
第1面、および前記第1面と反対側を向く第2面と、
前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に開口を有し、互いに分離して交互に配置された吐出チャネルおよび非吐出チャネルと、
前記吐出チャネルの側壁に設けられた共通電極と、
前記共通電極と電気的に分離され、前記非吐出チャネルの側壁に設けられた個別電極と、
前記第1面に設けられ、前記共通電極と外部配線とを電気的に接続する共通電極パッドと、
隣り合う前記非吐出チャネルの前記個別電極を電気的に接続するとともに、前記第1面に露出されないバイパス配線と
を含むヘッドチップ。
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