JP2023077738A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】吐出性能を確保しても、コンパクトなサイズを確保することができる液体吐出ヘッドを提供すること。【解決手段】実施形態の液体吐出ヘッドは、アクチュエータと、ベースプレートと、第1マニフォールドと、第2マニフォールドと、を備える。アクチュエータは、複数の圧力室を有する。ベースプレートは、一方の面に前記アクチュエータが設けられ、前記アクチュエータに液体を供給し、長孔である供給孔が形成される。第1マニフォールドは、前記ベースプレートの他方の面に設けられ、前記供給孔と連続する第1開口が形成される。第2マニフォールドは、前記第1マニフォールドに設けられ、前記第1開口とともに供給路を形成する第2開口が形成される。【選択図】 図5

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。
液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドの例として、液体としてのインクを吐出するインクジェットヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、ベースプレートにアクチュエータ及びマニフォールドが設けられる。従来の標準的なベースプレートは、複数の孔を配列させたインク供給が主であった。また、マニフォールドの内部に形成されるインク液室は、マニフォールドの底面に沿って低い位置でのインク供給が主であった。しかし、昨今、生産性の高い高速印字の需要があるプリンタ業界において、従来の構造ではインク供給が追い付かないことが懸念されており、大容量且つ迅速なインク供給が可能な液体吐出ヘッドが求められている。
しかしながら、大容量供給に耐えうる安定した吐出性能を確保すると、部品が大きくなり、液体吐出ヘッド自体のサイズアップおよびコストアップとなり、顧客側プリンタ装置の負担になる。
特開2002-192722号公報
本発明が解決しようとする課題は、吐出性能を確保しても、コンパクトなサイズを確保することができる液体吐出ヘッドを提供することである。
実施形態の液体吐出ヘッドは、アクチュエータと、ベースプレートと、第1マニフォールドと、第2マニフォールドと、を備える。アクチュエータは、複数の圧力室を有する。ベースプレートは、一方の面に前記アクチュエータが設けられ、前記アクチュエータに液体を供給し、長孔である供給孔が形成される。第1マニフォールドは、前記ベースプレートの他方の面に設けられ、前記供給孔と連続する第1開口が形成される。第2マニフォールドは、前記第1マニフォールドに設けられ、前記第1開口とともに供給路を形成する第2開口が形成される。
実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す斜視図。 実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図。 実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す側面図。 実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す下面図。 実施形態に係る液体吐出ヘッドのヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を示す斜視図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を示す分解斜視図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を、図5中VII-VII線断面で示す斜視図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を、図5中VII-VII線断面で示す断面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を、図5中VIII-VIII線断面で示す斜視図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を、図9中矢視IXで示す断面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を拡大して示す断面図。 実施形態に係るマニフォールドユニットの構成を示す斜視図。 実施形態に係るマニフォールドユニットの構成を、図12中XIII-XIII線断面で示す斜視図。 実施形態に係るヘッド本体のベースプレートの構成を示す斜視図。 実施形態に係るベースプレートの構成を、図14中XV-XV線断面で示す斜視図。 実施形態に係るヘッド本体の構成を一部省略して示す下面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの流路構成の一部を示す斜視図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの流路構成の一部を示す上面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの流路構成の一部を示す側面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの流路構成の一部を示す側面図。 実施形態に係る液体吐出装置の構成を示す説明図。
以下に、実施形態に係る液体吐出ヘッド1及び液体吐出ヘッド1を用いた液体吐出装置2について、図1乃至図21を参照して説明する。図1は、実施形態に係る液体吐出ヘッド1の構成を示す斜視図である。図2は、液体吐出ヘッド1の構成を示す分解斜視図であり、図3は、液体吐出ヘッド1の構成を示す側面図であり、図4は、液体吐出ヘッド1の構成を示す下面図である。
図5は、液体吐出ヘッド1のヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の構成を示す斜視図。図6は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の構成を示す分解斜視図である。図7は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の構成を、図5中VII-VII線断面で示す斜視図であり、図8は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の構成を、図5中VII-VII線断面で示す断面図であり、図9は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の構成を、図5中VIII-VIII線断面で示す斜視図である。図10は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の構成を、図9中矢視IXで示す断面図であり、図11は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の構成を拡大して示す断面図である。
図12は、マニフォールドユニット12の構成を示す斜視図であり、図13マニフォールドユニット12の構成を、図12中XIII-XIII線断面で示す斜視図である。図14は、ヘッド本体11のベースプレート111の構成を示す斜視図であり、図15は、ベースプレート111の構成を、図14中XV-XV線断面で示す斜視図である。図16は、ヘッド本体11の構成を一部省略して示す下面図である。
図17は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の流路構成の一部を示す斜視図であり、図18は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の流路構成の一部を示す上面図であり、図19は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の流路構成の一部を示す側面図であり、図20は、ヘッド本体11及びマニフォールドユニット12の流路構成の一部を示す側面図である。図21は、液体吐出装置2の構成を示す説明図である。図13乃至図16において、液体の流れの一例を矢印で示す。
図1乃至図21中に互いに直交するX軸、Y軸、Z軸を示す。また、以下の説明において、X軸に沿った方向を第1方向Xとし、Y軸に沿った方向を第2方向Yとし、Z軸方向に沿った方向を第3方向Zとして説明する。また、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。
液体吐出ヘッド1は、例えば、図21に示すインクジェット記録装置などの液体吐出装置2に設けられるインクジェットヘッドである。液体吐出ヘッド1は、液体吐出装置2に設けられた液体収容部としての供給タンク2132を含むヘッドユニット2130に設けられる。
液体吐出ヘッド1は、供給タンク2132に貯留された液体としてのインクが供給される。なお、液体吐出ヘッド1は、インクを循環させない非循環型のヘッドであってもよく、また、インクを循環させる循環型のヘッドであってもよい。本実施形態において、液体吐出ヘッド1は、非循環型のヘッドの例を用いて説明する。
図1乃至図3に示すように、液体吐出ヘッド1は、ヘッド本体11と、マニフォールドユニット12と、回路基板13と、カバー14と、を備える。例えば、液体吐出ヘッド1は、アクチュエータ113を一対有するヘッド本体11を二組有する、サイドシュータタイプの4列一体構造ヘッドである。
ヘッド本体11は、液体を吐出する。図1乃至図11、及び、図16に示すように、ヘッド本体11は、ベースプレート111と、枠体112と、アクチュエータ113と、ノズルプレート114と、マスクプレート115と、を備える。また、ヘッド本体11は、共通液室116を有する。本実施形態の例においては、一つのヘッド本体11がアクチュエータ113を2つ有する例を用いて説明する。
図14乃至図16に示すように、ベースプレート111は、例えばセラミックス材料により矩形板状に形成される。ベースプレート111は、例えば、一方向(第1方向X)に長い矩形状に形成される。ベースプレート111は、単数の供給口1111と、単数又は複数の排出口1112と、を有する。ベースプレート111には、一対のアクチュエータ113が設けられるとともに、アクチュエータ113を駆動するための配線パターンが形成される。供給口1111及び排出口1112は、ベースプレート111の両主面間を貫通する貫通孔である。
供給口1111は、例えば、共通液室116の後述する第1共通液室1161と対向する位置に単数設けられる。供給口1111は、例えば、第1共通液室1161の長手方向(第1方向X)に沿って一方向に長い長孔である。供給口1111は、例えば、一方向に長い長方形状か、又は、両端部が半円状で幅が一様な長孔である。供給口1111の長手方向の幅は、例えば、アクチュエータ113の長手方向の幅(長さ)以上の長さか、又は、アクチュエータ113の長さよりも小さく、且つ、アクチュエータ113に形成された通常のインク吐出の際に駆動する圧力室1131が設けられる範囲(全ノズル範囲)と同程度の長さに設定される。
排出口1112は、例えば、共通液室116の後述する二つの第3共通液室1163のうち、少なくとも一方の第3共通液室1163と対向する位置に二つ設けられる。例えば、図14に示すように、排出口1112は、例えば、共通液室116の二つの第3共通液室1163のそれぞれに二つ設けられる。なお、図16に示すように、排出口1112は、一対のアクチュエータ113の長手方向で一方の端部に隣接してベースプレート111に設けられる構成であってもよい。
図16に示すように、枠体112は、ベースプレート111の一方の主面に接着剤等により固定される。枠体112は、ベースプレート111に設けられた供給口1111、複数の排出口1112、及び、アクチュエータ113を囲う。
例えば、枠体112は、一方向(第1方向X)に長い矩形枠状に形成されることで、枠体112の長手方向に沿って一方向に長い開口を形成する。枠体112の開口には、一対のアクチュエータ113、供給口1111及び2つの排出口1112が配置される。
アクチュエータ113は、一方向(第1方向X)に長い板状に形成される。一対のアクチュエータ113は、ベースプレート111の実装面に接着される。図16に示すように、一対のアクチュエータ113は供給口1111を挟んで、アクチュエータ113の長手方向と直交する短手方向(第2方向Y)に二列に並んでベースプレート111に設けられる。アクチュエータ113は、枠体112の開口内に配置され、ベースプレート111の主面に接着される。具体例として、アクチュエータ113は、一方向に長い矩形板状の二枚の圧電材料を、互いの分極方向が逆向きとなるように対向して接着することで形成される。ここで、圧電材料は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)である。アクチュエータ113は、例えば熱硬化性を有するエポキシ系接着剤によってベースプレート111の実装面に接着される。
アクチュエータ113は、例えば、長手方向(第1方向X)に等間隔に配置された複数の圧力室1131を有する。アクチュエータ113は、ベースプレート111側とは反対の主面側に、アクチュエータ113の長手方向に複数の溝が形成され、この溝により圧力室1131が形成される。換言すると、アクチュエータ113は、長手方向に等間隔に配置された、間に溝を形成する複数の壁1133を有する。複数の壁1133は、隣り合う壁の間に複数の圧力室1131を形成する。即ち、複数の壁1133は、複数の圧力室1131を隔てる隔壁である。また、壁1133は、駆動電圧が印加することで、圧力室1131の容積を変化させる駆動素子としての圧電体である。
アクチュエータ113のベースプレート111とは反対側の面は、ノズルプレート114に接着される。また、アクチュエータ113は、複数の圧力室1131を駆動するための配線パターンが形成される。
圧力室1131は、液体吐出ヘッド1による印字等の動作時に、インクをノズル1141から噴射させるための圧力室である。なお、本実施形態においては、アクチュエータ113が複数の圧力室1131を有する例を説明したが、例えば、複数の圧力室1131と交互に配置されるインクを吐出しない空気室を有する構成であってもよい。
図4、図7、図8、図10及び図11に示すように、ノズルプレート114は、板状に形成される。ノズルプレート114は、枠体112のベースプレート111とは反対側の主面に接着剤等により固定される。ノズルプレート114は、複数の圧力室1131と対向する位置に形成された複数のノズル1141を有する。本実施形態において、ノズルプレート114は、複数のノズル1141が一方向(第1方向X)に並ぶノズル列1142を二列有する。
複数の圧力室1131と対向する複数のノズル1141は、液体吐出ヘッド1による印字等の動作時に、インクを噴射する穴である。
マスクプレート115は、例えば、ノズルプレート114の外面側の主面、ノズルプレート114の外周側及び枠体112の外周面及びベースプレート111の外周面を覆う。また、マスクプレート115は、マニフォールドユニット12の後述する第1マニフォールド1213を覆う。
図2に示すように、マスクプレート115は、一対のノズルプレート114の液体を吐出する複数のノズル1141により構成されるノズル列1142を露出させる一対の窓1151を有する。
図16に示すように、共通液室116は、供給口1111と連通する。共通液室116は、一対のアクチュエータ113の周囲に設けられる。具体的には、共通液室116は、各アクチュエータ113の複数の圧力室1131の一次側及び二次側と連通する。また、共通液室116は、排出口1112と連通する。
具体例として、図16に示すように、共通液室116は、一方向(第1方向X)に長い第1共通液室1161と、一方向(第1方向X)に長い2つの第2共通液室1162と、第1共通液室1161の両端と2つの第2共通液室1162の両端とを連続する第3共通液室1163と、を有する。また、共通液室116は、第1共通液室1161により供給口1111とアクチュエータ113の複数の圧力室1131の一方の開口とを連通し、第2共通液室1162により、第3共通液室1163と複数の圧力室1131の他方の開口とを連通する。
第1共通液室1161は、一対のアクチュエータ113の間に形成される。第1共通液室1161は、供給口1111から各アクチュエータ113の複数の圧力室1131の一方の開口へのインクの流路を構成する。また、第1共通液室1161は、供給口1111から第1共通液室1161(アクチュエータ113)の長手方向(第1方向X)の両端部側の2つの第3共通液室1163へのインクの流路を構成する。
第2共通液室1162は、各アクチュエータ113と枠体112との間にそれぞれ形成される。第2共通液室1162は、第3共通液室1163から複数の圧力室1131の他方の開口へのインクの流路を形成する。
第3共通液室1163は、例えば、アクチュエータ113の長手方向の両端と隣接する。第3共通液室1163は、一対のアクチュエータ113の長手方向の両端側において、第1共通液室1161及び二つの第2共通液室1162を連通する。第3共通液室1163は、第1共通液室1161から各アクチュエータ113の複数の圧力室1131を通過せずに、第2共通液室1162へ至る一部のインクの流路を形成する。また、第3共通液室1163は、第1共通液室1161及び二つの第2共通液室1162から排出口1112へのインクの流路を形成する。
図1乃至図13に示すように、マニフォールドユニット12は、マニフォールド121と、天板122と、インク供給管123と、インク排出管124と、ダンパー127と、バイパス流路128と、を備える。なお、インク供給管123、インク排出管124の数は適宜設定できる。
マニフォールド121は、板状又はブロック状に形成される。図10及び図11に示すように、マニフォールド121は、ベースプレート111の供給口1111と連続し、液体供給流路を形成する供給路1211と、ベースプレート111の排出口1112と連続し、液体排出路を形成する排出路1212と、を備える。なお、マニフォールド121は、一対のヘッド本体11に接続されることから、一対の供給路1211及び一対の排出路1212を有する。なお、図17乃至図20は、一方のヘッド本体11及びマニフォールドユニット12により形成される一つ流路構成を示す図である。
マニフォールド121の一方の主面は、ベースプレート111の主面に固定される。また、マニフォールド121は、ベースプレート111が固定される主面とは反対の主面に、天板122が固定される。また、マニフォールド121は、インク供給管123、インク排出管124が例えば、天板122を介して固定される。
マニフォールド121は、第1マニフォールド1213と、第2マニフォールド1214と、を備える。マニフォールド121は、第1マニフォールド1213及び第2マニフォールド1214が一体に組み立てられることで形成される。
供給路1211は、孔や溝によってマニフォールド121に形成される、一方向(第1方向X)に長い方体状の液室である。供給路1211は、インク供給管123及びベースプレート111の供給口1111を流体的に接続する。
例えば、供給路1211は、アクチュエータ113の長手方向及び供給口1111の長手方向に沿って延びる方体状の液室である。供給路1211は、インク供給管123及び供給口1111の間の液体の流路である。供給路1211の下方には、供給口1111が連続し、供給路1211の上方である天井部12111には、ダンパー127が設けられる。
例えば、供給路1211は、ベースプレート111側の長手方向(第1方向X)の幅が供給口1111の長手方向(第1方向X)の幅よりも大きく、そして、上方の天井部12111の長手方向(第1方向X)の幅がベースプレート111側である下方の底部12112の長手方向(第1方向X)の幅よりも小さい。また、例えば、供給路1211は、供給路1211の長手方向(第1方向X)に直交する短手方向(第2方向Y)において、天井部12111の幅が、底部12112の幅よりも大きい。換言すると、天井部12111及び底部12112は、一方向(第1方向X)に長い方体状に形成され、天井部12111は底部12112よりも短手方向(第2方向Y)が大きく、長手方向(第1方向X)が小さい。例えば、供給路1211は、底部12112が第1マニフォールド1213により形成され、天井部12111が第2マニフォールド1214により形成される。
排出路1212は、孔や溝によってマニフォールド121に形成される流路である。排出路1212は、例えば、インク排出管124及びベースプレート111の2つの排出口1112を流体的に接続する。
第1マニフォールド1213は、矩形板状に形成される。第1マニフォールド1213は、例えば、一対の供給路1211の一部及び一対の排出路1212の一部を構成する溝及び開口が形成される。供給路1211及び排出路1212の一部を構成する溝及び開口は、供給路1211及び排出路1212の形状や、他の流体流路の形状に基づいて、配置や大きさ等が適宜設定される。
本実施形態において、第1マニフォールド1213には、例えば、供給路1211の底部12112を形成する一対の第1開口12131と、排出路1212の一部を形成する一対の第2開口12132と、が形成される。
第1開口12131は、第1マニフォールド1213の両主面間に渡って形成される矩形状の孔である。換言すると、第1開口12131は、底部12112と同形状に形成された矩形状の貫通孔である。第1開口12131は、ベースプレート111の供給口1111よりも長く形成される。第1開口12131の長手方向(第1方向X)の幅は、アクチュエータ113に形成された通常のインク吐出の際に駆動する圧力室1131が設けられる範囲(全ノズル範囲)よりも大きい幅に形成される。
第2開口12132は、例えば、第1マニフォールド1213の両主面に設けられた溝や厚さ方向(第3方向Z)に形成された孔等により形成される。
第2マニフォールド1214は、矩形板状に形成される。第2マニフォールド1214は、例えば、一対の供給路1211の一部及び一対の排出路1212の一部を構成する溝及び開口が形成される。供給路1211及び排出路1212の一部を構成する溝及び開口は、供給路1211及び排出路1212の形状や、他の流体流路の形状に基づいて、配置や大きさ等が適宜設定される。
本実施形態において、第2マニフォールド1214には、例えば、一対の第3開口12141と、一対の第4開口12142と、一対の第5開口12143と、一対の第6開口12144と、一対の取付溝12145と、が形成される。
第3開口12141は、供給路1211の天井部12111を形成する。第3開口12141は、第2マニフォールド1214の両主面間に渡って形成される矩形状の孔である。換言すると、第3開口12141は、天井部12111と同形状に形成された矩形状の貫通孔である。第3開口12141は、長手方向(第1方向X)の幅が第1開口12131の長手方向の幅よりも小さく、短手方向(第2方向Y)の幅が第1開口12131の短手方向の幅よりも大きい。また、第3開口12141の第2マニフォールド1214の厚み方向(第3方向Z)の幅が、第1開口12131の厚み方向(第3方向Z)の幅よりも小さい。
第4開口12142は、第1開口12131と接続される。第4開口12142は、供給路1211の底部12112及びインク供給管123を接続する。第4開口12142は、例えば、底部12112を構成する第1開口12131と対向する位置に配置され、第2マニフォールド1214の厚さ方向(第3方向Z)に形成された孔により形成される。
第5開口12143は、第2開口12132と接続される。第5開口12143は、第2開口12132及びインク排出管124を接続する。第5開口12143は、第2マニフォールド1214の主面に形成された溝や厚さ方向(第3方向Z)に形成された孔等により形成される。
第6開口12144は、バイパス流路128を形成する。第6開口12144は、バイパス流路128と同形状に形成される。第6開口12144は、第5開口12143及び供給路1211の天井部12111を接続する。第6開口12144は、例えば、第2マニフォールド1214の天板122が接合される主面に形成された溝である。第6開口12144は、例えば、天板122に覆われることで、バイパス流路128を構成形成する。
取付溝12145は、ダンパー127の位置合わせを行い、そして、ダンパー127が接合される溝である。取付溝12145は、第2マニフォールド1214の天板122が接合される主面であって、第3開口12141の周囲に形成される。取付溝12145は、例えば、ダンパー127の外形状と同じか、ダンパー127の外形状よりも若干大きい形状に形成され、中心に第3開口12141が配置される窪みである。
また、第2マニフォールド1214は、液体吐出ヘッド1を液体吐出装置2内に固定し、ヘッド本体11の位置を規定するデータムプレートを兼ねる。具体例として、図12及び図13に示すように、第2マニフォールド1214は、長手方向(第1方向X)の両端にそれぞれ形成される一対のフランジ部12147を有する。フランジ部12147には、液体吐出ヘッド1の固定及び位置合わせを行うデータム穴12148が形成される。
即ち、第2マニフォールド1214は、一対のフランジ部12147の分だけ長手方向の長さが第1マニフォールド1213よりも長く形成される。そして、一対のフランジ部12147及びデータム穴12148は、液体吐出装置2に対する位置合わせ及び液体吐出装置2への取り付けに用いられる。
このような第1マニフォールド1213及び第2マニフォールド1214は、一体に接合されることで、供給路1211、排出路1212を形成する。
天板122は、マニフォールド121のベースプレート111が設けられる面とは反対の面に設けられる。天板122は、インク供給管123及びインク排出管124をマニフォールド121の供給路1211及び排出路1212を連通させる開口を有する。
インク供給管123は、供給路1211に接続される。インク排出管124は、排出路1212に接続される。本実施形態において液体吐出ヘッド1は、ヘッド本体11を一対備えることから、インク供給管123及びインク排出管124は、それぞれ一対設けられる。
本実施形態においては、マニフォールド121の長手方向で一端側に一対のインク供給管123が配置され、マニフォールド121の長手方向で他端側に一対のインク排出管124が配置される。
図16に示すように、ダンパー127は、弾性変形可能な薄膜状、シート状又はシート状に形成される。図7に示すように、ダンパー127は、第2マニフォールド1214に形成された供給路1211の天井部12111を形成する第3開口12141を覆う。ダンパー127は、供給路1211の圧力変動に応じて弾性変形する。ダンパー127は、第2マニフォールド1214の天井部12111の第3開口12141の周囲の取付溝12145に固定される。ダンパー127は、下面が供給路1211と対向する。
具体例として、ダンパー127は、ポリイミド製フィルムにより形成される。ダンパー127は、一方向(第1方向X)に長い供給路1211の天井部12111の開口の長手方向(第1方向X)と同方向に長い、矩形状に形成される。
好適な例として、ダンパー127の短手方向(第2方向Y)の幅は、4mm以上である。ダンパー127の短手方向の幅は、ヘッド本体11に用いたときに確保できる幅である。ここで、ダンパー127の短手方向の幅とは、供給路1211の天井部12111の開口の短手方向の幅である。また、ダンパー127の厚さは25μm以下である。ダンパー127の厚さの下限値は、供給路1211の圧力によって、ダンパー127の変形が塑性変形とならない厚みであり、ダンパー127の特性により設定される。また、例えば、ダンパー127は、例えば、ヤング率が3.4GPaとなるポリイミド製フィルムを用いて形成される。
図5に示すように、バイパス流路128は、供給路1211の天井部12111と、共通液室116又は共通液室116の二次側とを接続する。なお、バイパス流路128が接続する共通液室116又は共通液室116の二次側とは、例えば、共通液室116の第2共通液室1162若しくは第3共通液室1163、排出路1212又はインク排出管124である。バイパス流路128の流体抵抗は、供給路1211の流体抵抗及び共通液室116の流体抵抗よりも大きい。
バイパス流路128は、供給路1211と共通液室116をバイパスすることで、メンテナンスやインクの充填時に、供給路1211内の気泡を排出する。バイパス流路128は、流路断面の形状が矩形状や円形状に形成される。バイパス流路128の形状は、例えば、直線状や一部が曲折するベント状等に形成される。
即ち、バイパス流路128は、流路断面積、長さ及び形状が、必要以上にインクが流れることを防止できる面積、長さ及び形状に設定される。ここで、必要以上にインクが流れるとは、メンテナンス又はインクの充填時に、気泡が流れるとともにメンテナンス又はインクの充填を阻害しないインクの流れ、及び/又は、液体吐出ヘッド1の機能を阻害することが無いインクの流れである。
本実施形態のバイパス流路128の具体例を説明する。図17乃至図20に示す流体構成のように、バイパス流路128の一端は、供給路1211の天井部12111、且つ、ダンパー127の直下であって、供給路1211の長手方向(第1方向X)でインク供給管123が接続される側とは反対側に接続される。
換言すると、バイパス流路128の一端は、供給路1211の天井部12111の二次側であって、且つ、ダンパー127の直下に接続される。バイパス流路128の他端は、排出路1212に接続されるインク排出管124に接続される。
また、バイパス流路128は、例えば、流路断面の形状が矩形状に形成される。バイパス流路128の流路断面は、例えば、1mm×1mmである。また、バイパス流路128の長さは、10mmである。また、バイパス流路128は、例えば、三箇所で90°曲折する形状に形成される。
図1乃至図3に示すように、回路基板13は、一端がベースプレート111の配線パターンを介してアクチュエータ113の配線パターンに連結される。回路基板13は、例えば、配線フィルムと、配線フィルムに搭載されたドライバICと、配線フィルムに実装されたプリント配線基板と、を備える。
回路基板13は、ドライバICにより駆動電圧をアクチュエータの配線パターンに印加することでアクチュエータを駆動し、圧力室1131の容積を増減させて、ノズル1141から液滴を吐出させる。
配線フィルムは、例えば、複数設けられる。配線フィルムは、例えば、ドライバICが実装されたCOF(Chip on Film)である。ドライバICは、配線フィルムを介して圧力室1131に形成された配線パターンに電気的に接続される。プリント配線基板は、各種電子部品やコネクタが搭載されたPWA(Printing Wiring Assembly)である。
カバー14は、ヘッド本体11の一部、マニフォールドユニット12の一部及び回路基板13を覆うか、又は収容する。
このように構成された液体吐出ヘッド1は、例えば、図21に示される液体吐出装置2の例であるインクジェット記録装置に、データムプレートを兼ねる第2マニフォールド1214を介して取り付けられる。以下、液体吐出装置2をインクジェット記録装置2として説明する。液体吐出ヘッド1は、インクジェット記録装置2に設けられた液体収容部としての供給タンク2132に接続される。液体吐出ヘッド1は、供給タンク2132との間でインクを循環させる循環型のヘッドか、又は、供給タンク2132からインクが供給され、そして、メンテナンス時にメンテナンス装置2117にインクを排出する非循環型のヘッドである。液体吐出ヘッド1は、ヘッド本体11のノズルプレート114のノズル1141が下方に向く姿勢で配置される。
以下、液体吐出ヘッド1を有するインクジェット記録装置2について、図21を参照して説明する。インクジェット記録装置2は、筐体2111と、媒体供給部2112と、画像形成部2113と、媒体排出部2114と、支持装置である搬送装置2115と、メンテナンス装置2117と、制御部2118と、を備える。
インクジェット記録装置2は、媒体供給部2112から画像形成部2113を通って媒体排出部2114に至る所定の搬送路2001に沿って、吐出対象物である記録媒体として例えば用紙Pを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Pに画像形成処理を行うインクジェットプリンタである。
媒体供給部2112は複数の給紙カセット21121を備える。画像形成部2113は、用紙を支持する支持部2120と、支持部2120の上方に対向配置された複数のヘッドユニット2130と、を備える。媒体排出部2114は、排紙トレイ21141を備える。
支持部2120は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト21201と、搬送ベルト21201を裏側から支持する支持プレート21202と、搬送ベルト21201の裏側に備えられた複数のベルトローラ21203と、を備える。
ヘッドユニット2130は、複数のインクジェットヘッドである液体吐出ヘッド1と、各液体吐出ヘッド1上にそれぞれ搭載された液体タンクとしての複数の供給タンク2132と、インクを供給するポンプ2134と、液体吐出ヘッド1と供給タンク2132とを接続する接続流路2135と、を備える。
本実施形態において、液体吐出ヘッド1としてシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの4色の液体吐出ヘッド1と、これらの各色のインクをそれぞれ収容する4色の供給タンク2132を備える。供給タンク2132は接続流路2135によって液体吐出ヘッド1に接続される。
ポンプ2134は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。ポンプ2134は、制御部2118に接続され、制御部2118により駆動制御される。
接続流路2135は、液体吐出ヘッド1のインク供給管123に接続される供給流路を備える。また、接続流路2135は、液体吐出ヘッド1のインク排出管124に接続される回収流路を備える。例えば、液体吐出ヘッド1が非循環式であることから、回収回路は、メンテナンス装置2117に接続される。なお、例えば、液体吐出ヘッド1が循環式の場合には、回収流路は、供給タンク2132に接続される。
搬送装置2115は、媒体供給部2112の給紙カセット21121から画像形成部2113を通って媒体排出部2114の排紙トレイ21141に至る搬送路2001に沿って、用紙Pを搬送する。搬送装置2115は、搬送路2001に沿って配置される複数のガイドプレート対21211~21218と、複数の搬送用ローラ21221~21228と、を備えている。搬送装置2115は、用紙Pを液体吐出ヘッド1に相対移動可能に支持する。
メンテナンス装置2117は、例えば、メンテナンス時にノズルプレート114の外面に残存するインクを吸引し、回収する。また、液体吐出ヘッド1が非循環式である場合には、メンテナンス装置2117は、メンテナンス時に、ノズル1141からヘッド本体11内のインクを回収する。このようなメンテナンス装置2117は、回収したインクを貯留するトレイやタンク等を有する。
制御部2118は、プロセッサの一例としてのCPU21181と、各種のプログラムなどを記憶するROM(Read Only Memory)、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)等のメモリと、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。
次に、このように構成された液体吐出ヘッド1の液体としてのインクの流れについて説明する。先ず、液体としてのインクが、インク供給管123に供給されると、インクは、マニフォールド121の供給路1211を流れる。そして、インクは、供給路1211に対向するベースプレート111の供給口1111から、第1共通液室1161に移動する。
第1共通液室1161に移動したインクの一部は、図6に矢印で示すように、複数の圧力室1131に移動する。また、第1共通液室1161に移動したインクの一部は、図6に矢印で示すように、第3共通液室1163に移動する。第3共通液室1163に移動したインクは、第2共通液室1162に移動する。第2共通液室1162に移動したインクは、複数の圧力室1131に移動する。即ち、本実施形態の例において、インクは、第1共通液室1161及び第2共通液室1162の双方から、複数の圧力室1131に供給される。なお、圧力室1131が駆動することで、駆動した圧力室1131内のインクは、ノズル1141から吐出される。
本実施形態において、液体吐出ヘッド1は非循環式であるため、第2共通液室1162のインクは、複数の圧力室1131に移動する。そして、メンテナンスやインクの充填時等において、インク排出管124の二次側が開放されたときに、第2共通液室1162のインクは、第3共通液室1163、ベースプレート111の排出口1112及びマニフォールド121の排出路1212を通って、インク排出管124に移動する。
また、メンテナンス又はインク充填時等において、圧力室1131が駆動することで、圧力室1131のインクは、例えば、第1共通液室1161、第2共通液室1162及び第3共通液室1163に溜まったエアと一緒にノズル1141から吐出される。
また、液体吐出装置2に設けられる姿勢において、例えば、液体吐出ヘッド1は、重力方向(第3方向Z)でヘッド本体11が下方に、マニフォールドユニット12が上方に位置する姿勢となる。また、液体吐出装置2に設けられる姿勢において、例えば、液体吐出ヘッド1は、アクチュエータ113の長手方向(第1方向X)及び短手方向(第2方向Y)が水平方向に沿う。即ち、液体吐出装置2に設けられる姿勢において、ベースプレート111及びノズルプレート114の主面方向は、水平方向に沿う。このため、供給路1211内に気泡が存する場合には、供給路1211内の気泡は、ダンパー127の直下に存することになる。このため、メンテナンス又はインク充填時等において、供給路1211内のインク及び気泡は、バイパス流路128を通って共通液室116又は共通液室116の二次側へと移動して供給路1211内から排出される。供給路1211からバイパス流路128を通った気泡は、ノズル1141から排出される。なお、供給路1211からバイパス流路128を通った気泡は、インク排出管124からメンテナンス装置2117に排出してもよい。
このように構成された液体吐出ヘッド1及び液体吐出ヘッド1を用いた液体吐出装置2によれば、ノズル列1142と並行する長手方向(第1方向X)に延びる長孔である供給口1111をベースプレート111に設ける。そして、図16に示すように、供給口1111は、アクチュエータ113の長手方向に渡って設けられることから、アクチュエータ113と同程度の幅を確保できるため、供給されたインクを全ノズル範囲、即ち、駆動する複数の圧力室1131に行き渡らせることができる。また、1列の長孔である供給口1111から、ベースプレート111の長手方向(第1方向X)の両端側において第3共通液室1163から第2共通液室1162に供給できる。このように、液体吐出ヘッド1は、供給口1111から供給されたインクを2列に対し分岐させることで、効率的に一対のアクチュエータ113の複数の圧力室1131へインクを供給できる。
また、液体吐出ヘッド1は、マニフォールド121を厚さ方向(第3方向Z)に貫通するように供給路1211を形成する。換言すると、液体吐出ヘッド1は、第1マニフォールド1213を貫通する第1開口12131及び第2マニフォールド1214を貫通する第3開口12141により、供給路1211を形成する。また、図7に示すように、第1マニフォールド1213の第1開口12131の長手方向(第1方向X)の幅は、供給口1111の長手方向(第1方向X)の幅よりも大きい。これにより、供給路1211の液室形状を、幅、高さともに大きく確保することができるため、インクを供給口1111から全ノズル範囲に行き渡らせることができる。
また、図7に示すように、ベースプレート111の主面方向(第1方向X、第2方向Y)を水平方向と規定したときに、ベースプレート111の供給口1111、マニフォールド121の液室である供給路1211、第2マニフォールド1214に形成される供給路1211(第3開口12141)の開口形状(マド形状)、及び、ダンパー127は、すべて長手方向が第1方向Xとなるように水平方向に延び、そして、液体吐出ヘッド1の高さ方向(第3方向Z)に並列に配置される。よって、液体吐出ヘッド1は、一貫性のあるスムーズなインク流路を形成し、高速印字に対応できる。
また、ベースプレート111の供給口1111の位相は、マニフォールド121の液室である供給路1211の底部12112の範囲内に配置される。よって、液体吐出ヘッド1は、コンパクトなサイズに抑えることができる。
また、第2マニフォールド1214は、データム穴12148を一対のフランジ部12147に有することで、データムプレートを兼ねる。このため、液体吐出ヘッド1は、データムプレートを別に設ける必要がなく、液体吐出ヘッド1の高さ方向(第3方向Z)の寸法を抑えることができる。また、ヘッド本体11は、ベースプレート111に形成される排出口1112をアクチュエータ113の長手方向(第1方向X)の端部に隣接して設ける構成とすることで、ベースプレート111の短手方向(第2方向Y)の幅を低減できる。このため、液体吐出ヘッド1は、短手方向(第2方向Y)の寸法(厚さ方向(第2方向Y)の寸法)を抑えることができるとともに、一対のヘッド本体11を並べて配置することができる。よって、液体吐出ヘッド1は、コンパクトなサイズに抑えることができる。
また、液体吐出ヘッド1は、共通液室116に接続される供給路1211の天井部12111にダンパー127が設けられる。ダンパー127は、供給路1211のインクと接液しており、インクの圧力変動によって変形する。これにより、ダンパー127は、圧力変動を抑制し、供給路1211と連結している共通液室116の負圧を一定にするか、または、共通液室116の負圧を略一定にすることが可能となる。
よって、液体吐出ヘッド1は、供給路1211及び供給路1211の二次側である共通液室116及びアクチュエータ113等の液体吐出ヘッド1の流路における圧力変動を抑制することができる。液体吐出ヘッド1は、圧力変動を抑制することで、高い吐出安定性を得ることができる。よって、液体吐出ヘッド1は、バッファとしてのダンパー127により脈動対策が可能となり、高速印字の吐出を行うことが可能な性能を確保することができる。
また、液体吐出ヘッド1は、共通液室116と連続するベースプレート111の供給口1111と対向する供給路1211の天井部12111に、ダンパー127を有する。液体吐出ヘッド1は、マニフォールド121に供給路1211を形成する開口を設け、この開口を覆うようにダンパー127をマニフォールド121に固定する簡単な構成である。よって、液体吐出ヘッド1は、容易に製造することができる。また、マニフォールド121により形成される供給路1211にダンパー127を形成する構成であるため、ダンパー127は、供給路1211に接液する十分な大きさの領域を確保することができる。これらのように、ダンパー127を有する液体吐出ヘッド1は、十分な性能のダンパーを安価に得ることができ、製造も容易となる。
また、液体吐出ヘッド1は、供給路1211と、共通液室116又は共通液室116の二次側とを、バイパス流路128で接続する。これにより、液体吐出ヘッド1は、メンテナンス時やインク充填時に、供給路1211内の気泡を容易に排出することができる。よって、液体吐出ヘッド1は、インクの充填作業及び液体吐出ヘッド1の流路の洗浄を含むメンテナンスを容易に行うことができる。
また、液体吐出ヘッド1は、バイパス流路128を供給路1211の天井部12111であって、且つ、ダンパー127の直下に接続する。これにより、液体吐出ヘッド1は、ダンパー127の直下に溜まる気泡を効率的に排出することができる。
このように構成された液体吐出ヘッド1及び液体吐出装置2によれば、ベースプレート111の供給口1111に連続する供給路1211及びダンパー127をマニフォールド121に設けることで、吐出性能を確保しても、コンパクトなサイズを確保することができる。
なお、本発明の実施形態は上述した構成に限定されない。例えば、上述した例では、ヘッド本体11は、非循環式の例を説明したが循環式のヘッド本体であってもよい。
また、上述した例では、バイパス流路128は、供給路1211の二次側と共通液室116又は共通液室116の二次側の流路とを接続する例を説明したがこれに限定されない。例えば、バイパス流路128は、供給路1211の一次側と共通液室116又は共通液室116の二次側の流路とを接続する構成であってもよい。また、バイパス流路128を複数設ける構成としてもよい。例えば、液体吐出ヘッド1は、二つのバイパス流路128を設ける構成としてもよい。このような構成の液体吐出ヘッド1は、一方のバイパス流路128が供給路1211の二次側と共通液室116又は共通液室116の二次側の流路とを接続し、他方のバイパス流路128が供給路1211の一次側と共通液室116又は共通液室116の二次側の流路とを接続するバイパス流路128を接続させればよい。また、液体吐出ヘッド1は、バイパス流路128を有さない構成であってもよい。
また、上記実施形態において、液体吐出ヘッド1及び液体吐出装置2は、液体としてのインクを吐出する記録装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではない。即ち、液体吐出ヘッド1及び液体吐出装置2は、例えば3Dプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能である。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、供給路及びダンパーをマニフォールドに設けることで、吐出性能を確保しても、コンパクトなサイズを確保することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…液体吐出ヘッド、2…液体吐出装置(インクジェット記録装置)、11…ヘッド本体、12…マニフォールドユニット、13…回路基板、14…カバー、111…ベースプレート、112…枠体、113…アクチュエータ、114…ノズルプレート、115…マスクプレート、116…共通液室、121…マニフォールド、122…天板、123…インク供給管、124…インク排出管、127…ダンパー、128…バイパス流路、1111…供給口、1112…排出口、1131…圧力室、1133…壁、1141…ノズル、1142…ノズル列、1151…窓、1161…第1共通液室、1162…第2共通液室、1163…第3共通液室、1211…供給路、1212…排出路、1213…第1マニフォールド、1214…第2マニフォールド、2001…搬送路、2111…筐体、2112…媒体供給部、2113…画像形成部、2114…媒体排出部、2115…搬送装置、2117…メンテナンス装置、2118…制御部、2120…支持部、2130…ヘッドユニット、2132…供給タンク、2134…ポンプ、2135…接続流路、12111…天井部、12112…底部、12131…第1開口、12132…第2開口、12141…第3開口、12142…第4開口、12143…第5開口、12144…第6開口、12145…取付溝、12147…フランジ部、12148…データム穴、21121…給紙カセット、21141…排紙トレイ、21201…搬送ベルト、21202…支持プレート、21203…ベルトローラ、21211~21218…ガイドプレート対、21221~21228…搬送用ローラ。

Claims (5)

  1. 複数の圧力室を有するアクチュエータと、
    一方の面に前記アクチュエータが設けられ、前記アクチュエータに液体を供給し、長孔である供給孔が形成されるベースプレートと、
    前記ベースプレートの他方の面に設けられ、前記供給孔と連続する第1開口が形成される第1マニフォールドと、
    前記第1マニフォールドに設けられ、前記第1開口とともに供給路を形成する第2開口が形成される第2マニフォールドと、
    を備える液体吐出ヘッド。
  2. 前記ベースプレートの前記アクチュエータが設けられる前記面は、第1方向及び第2方向に延び、
    前記供給孔、前記第1開口及び前記第2開口はそれぞれ第1方向に延び、
    前記供給孔、前記第1開口及び前記第2開口は前記第1方向及び前記第2方向に垂直な第3方向に並列に配置される、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記ベースプレートの前記一方の面に設けられ、前記アクチュエータの周囲に設けられた枠体と、
    前記アクチュエータ及び前記枠体を覆い、前記複数の圧力室に対向する複数のノズルが形成されるノズルプレートと、を備え、
    前記アクチュエータは一対設けられ、
    前記ベースプレート、前記ノズルプレート及び前記枠体により形成され、前記一対のアクチュエータの間、並びに、前記アクチュエータ及び前記枠体の間を連続する共通液室を有し、
    前記供給孔は、前記一対のアクチュエータの間に配置される、請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記第2マニフォールドには、前記第1開口及び前記液体を供給するインク供給管と接続される供給流路が形成される、請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記アクチュエータ及び前記ベースプレートを含むヘッド本体を一対有し、
    前記第2マニフォールドには、前記ヘッド本体の位置を規定するデータム穴が形成される、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
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