JP2021146574A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置 - Google Patents
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
例えば、インクジェットプリンタではアルカリ系のインクが広く用いられており、ヘッドのインクに接触する部位ではインク耐性を確保するために、接液膜を形成する方法が知られている。
接液膜の成膜は外部接続端子を含む基板の全面に対して行われるため、成膜後にエッチング等により不要な接液膜を除去する工程が必要となる。一方、外部からの液体供給の流路となる貫通孔部の内壁の接液膜は、エッチング後にも十分なインク耐性が得られる膜厚が残されることが必要である。
しかしながら、貫通孔部の内壁の断面形状によっては、指向性の高いドライエッチングにより必要な接液膜がエッチングされ、薄化または除去されてしまうおそれがある。
また、本発明の液体吐出ヘッドは、ノズルが形成されたノズル基板と、前記ノズルに通じる加圧液室及び前記加圧液室の液体を加圧する圧力発生素子を有するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に接合され、前記圧力発生素子を収容する空隙部が形成されたサブフレーム基板と、を備え、前記アクチュエータ基板及び前記サブフレーム基板を貫通して形成され、前記加圧液室に外部から液体を供給するための貫通孔部を有し、前記貫通孔部の開口径は、前記サブフレーム基板により形成される最小径が前記アクチュエータ基板により形成される最小径よりも小さく、前記貫通孔部の垂直断面において、前記サブフレーム基板により形成される最小径の内壁面端部から前記アクチュエータ基板方向へ延長した仮想直線と、前記アクチュエータ基板とが交差しないことを特徴とする。
本実施形態に係る液体吐出ヘッドの基本構成を説明する。
図1は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図であり、図2は図1における液室長辺方向の断面模式図、図3は図1における液室短辺方向の断面模式図である。なお、本実施形態の液体吐出ヘッドは圧電型アクチュエータを有する液体吐出ヘッドとしている。
図1は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図であり、図2は図1における液室長辺方向の断面模式図、図3は図1における液室短辺方向の断面模式図である。なお、本実施形態の液体吐出ヘッドは圧電型アクチュエータを有する液体吐出ヘッドとしている。
圧電体素子は、共通電極10、個別電極11、圧電体12から構成されている。
アクチュエータ基板100には加圧液室隔壁4、加圧液室5、流体抵抗部7、及び共通液体流路9が形成され、各加圧液室5は、加圧液室隔壁4で仕切られている。さらに、後述するサブフレーム基板200と貫通して形成された貫通孔部60を備えている。
すなわち、本実施形態の液体吐出ヘッド1は、液体を吐出するノズル6が形成されたノズル基板300と、ノズル6に通じる加圧液室(個別液室)5及び加圧液室5の液体を加圧する圧力発生素子としての圧電体素子2を有するアクチュエータ基板100と、アクチュエータ基板100に接合され、圧力発生素子(圧電体素子2)を収容する空隙部67が形成されたサブフレーム基板200と、を備える。
液体吐出ヘッド1の液体が接触する箇所は、耐液性(インク耐性)が低い材料が露出しているため、接液膜52を形成することにより、液体と接触する箇所の耐液性を確保することができ、液体と接することにより生じる劣化を防止することができる。
接液膜52が形成される箇所は、例えば、貫通孔部60の内壁面、アクチュエータ基板100の共通液体流路9、流体抵抗部7、加圧液室5、及びノズル基板300の両面、ノズル6の表面等が挙げられる。
接液膜52としては、具体的には、SiO2とTa2O5の混成膜が好ましい。
成膜工程としては、例えば、SiO2膜を成膜するステップの次にTa2O5膜を成膜するステップを各1ステップずつ交互に成膜するが、Si含有量を大きくする場合は、SiO22膜の成膜を連続して複数ステップ処理してもよい。すなわち、Si含有量はその複数ステップの回数を変えることにより調整できる。SiO2膜とTa2O5膜とを交互に成膜することで、密着力を向上させることができる。
接液膜52の除去は、指向性のあるドライエッチングにより行われる。
このとき、液体と接触する箇所の接液膜52は残しつつ、引き出し配線パッド41表面の接液膜52を除去する必要がある。
液体供給口66及び連通する貫通孔部60の内壁は、平面視で円形状となっている。
図4及び図5に示すように、貫通孔部60の開口径について、サブフレーム基板200により形成される最小径をW2、アクチュエータ基板100により形成される最小径をW1と表す。
すなわち、引き出し配線パッド41表面の接液膜52を除去するためのドライエッチングにより、本来必要な接液膜52まで除去されてしまう。接液膜52が除去された張り出し部30は、接液膜52の下地が露出し、インクと接触することにより下地が溶出するおそれがある。その結果、液体吐出ヘッドとして信頼性が損なわれることとなる。
本実施形態に係る液体吐出ユニットは、上述の本発明に係る液体吐出ヘッドを備えている。
図6〜図9に、本実施形態に係る液体吐出ユニットの一例を示す。
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに他の機能部品、機構が一体化したものであり、液体を吐出する機能に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
図6に示す液体吐出ユニット440はキャリッジ98に搭載されている。キャリッジ98は、主走査移動機構を構成するガイド部材96により保持され、主走査方向に往復移動する。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッド1を主走査移動機構の一部を構成するガイド部材96に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッド1と主走査移動機構493が一体化されているものがある。
図7に示す液体吐出ユニットは、後述する液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板491A、491B及び背板491Cで構成される筐体部分と、主走査移動機構493と、キャリッジ98と、液体吐出ヘッド1とで構成されている。図中矢印D1は主走査方向を示す。
流路部品444はカバー442の内部に配置されている。流路部品444に代えてヘッドタンク441を含むこともできる。また、流路部品444の上部には液体吐出ヘッド1と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。
図9に示すインクカートリッジ99は、ノズル6等を有する液体吐出ヘッド1と、この液体吐出ヘッド1に対してインクを供給するインクタンク(液体タンク)82とを一体化したものである。このようにインクタンク(液体タンク)82が一体型の液体吐出ヘッド1の場合、アクチュエータ部を高精度化、高密度化、及び高信頼化することで、インクカートリッジ99の歩留や信頼性を向上することができ、インクカートリッジ99の低コスト化を図ることができる。
本実施形態に係る液体を吐出する装置は、上述の本発明に係る液体吐出ヘッドを備えている。
また、本実施形態に係る液体を吐出する装置は、液体吐出ヘッドと液体吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクとを備える上述の液体吐出ユニットを備えている。
本実施形態の液体を吐出する装置の一例としてインクジェット記録装置を図10及び図11に示す。図10は同装置の斜視図であり、図11は同装置の機構部の構成を示す側面図である。
インクジェット記録装置90は、給紙カセット93または手差しトレイ94から給送される用紙92を取り込み、印字機構部91によって所要の画像を記録した後、手差しトレイ94と対向する側に装着された排紙トレイ95に排紙する。
キャリッジ98には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンダ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッド1を、複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ98は、液体吐出ヘッド1に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ99を交換可能に装着している。
また、インクカートリッジ99は内部にインクが充填された多孔質体を有し、多孔質体の毛管力により液体吐出ヘッド1へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
液体吐出ヘッド1としては各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッドを複数用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個の液出ヘッドを備える態様であってもよい。
キャリッジ98を主走査方向に移動走査させるため、主走査モーター101で回転駆動される駆動プーリ102と従動プーリ103との間にタイミングベルト104を張装し、該タイミングベルト104をキャリッジ98に固定している。主走査モーター101の正逆回転によりキャリッジ98が主走査方向に往復駆動される。
印写受け部材111の用紙搬送方向下流側には、用紙92を排紙方向へ送り出すための回転駆動される搬送コロ112と拍車113とが設けられ、さらに用紙92を排紙トレイ95に送り出す排紙ローラー114及び拍車115と、排紙経路を形成するガイド部材116,117が配設されている。
印字待機中にキャリッジ98を回復装置117側に移動し、キャッピング手段で液体吐出ヘッド1をキャッピングして吐出口部を湿潤状態に保つことにより、インク乾燥による吐出不良を防止することができる。また、記録途中などに回復装置117において記録と関係ないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出状態を維持することができる。
吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
2 圧電体素子
3 振動板
4 加圧液室隔壁
5 加圧液室
6 ノズル
7 流体抵抗部
9 共通液体流路
40 引き出し配線
41 引き出し配線パッド
42 接続孔
45 層間絶縁膜
52 接液膜
60 貫通孔部
66 液体供給口
67 空隙部
30 貫通孔張り出し部
82 インクタンク
90 インクジェット記録装置
99 インクカートリッジ
100 アクチュエータ基板
200 サブフレーム基板
300 ノズル基板
440 液体吐出ユニット
Claims (5)
- ノズルが形成されたノズル基板と、前記ノズルに通じる加圧液室及び前記加圧液室の液体を加圧する圧力発生素子を有するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に接合され、前記圧力発生素子を収容する空隙部が形成されたサブフレーム基板と、を備え、
前記アクチュエータ基板及び前記サブフレーム基板を貫通して形成され、前記加圧液室に外部から液体を供給するための貫通孔部を有し、
前記貫通孔部の開口径は、前記サブフレーム基板により形成される最小径が前記アクチュエータ基板により形成される最小径よりも小さく、
前記貫通孔部の前記サブフレーム基板の前記アクチュエータ基板に接合されていない面の開口部側からの平面視で、前記アクチュエータ基板が前記開口部の内側に突出していないことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - ノズルが形成されたノズル基板と、前記ノズルに通じる加圧液室及び前記加圧液室の液体を加圧する圧力発生素子を有するアクチュエータ基板と、前記アクチュエータ基板に接合され、前記圧力発生素子を収容する空隙部が形成されたサブフレーム基板と、を備え、
前記アクチュエータ基板及び前記サブフレーム基板を貫通して形成され、前記加圧液室に外部から液体を供給するための貫通孔部を有し、
前記貫通孔部の開口径は、前記サブフレーム基板により形成される最小径が前記アクチュエータ基板により形成される最小径よりも小さく、
前記貫通孔部の垂直断面において、前記サブフレーム基板により形成される最小径の内壁面端部から前記アクチュエータ基板方向へ延長した仮想直線と、前記アクチュエータ基板とが交差しないことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1または2に記載の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドを保持するキャリッジと、を備えたことを特徴とする液体吐出ユニット。
- 前記液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクと、を備えたことを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ユニット。
- 請求項1または2に記載の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクと、を備えたことを特徴とする液体を吐出する装置。
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