JP4872562B2 - 液体吐出装置用ヘッド - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェットプリンタ用ヘッドなどの液体吐出装置用ヘッドに関するものである。
従来より、金属拡散接合方法により複数枚の金属エッチング部材を結合させてインク流路を構成するインクジェットヘッドが知られている(例えば特許文献1参照)。
このようなヘッドは、固着強度が強固で、剛性が高く、樹脂接着剤を使用していないので、加熱工程を採用することができる。
しかしながら、接合後は、分解することが困難であるので、不良ヘッドが生じた場合に、リーク箇所を特定するのが困難である。また、特に圧力室となるキャビティ間の桁部において隣のキャビティへのリークは検査されず、そのまま気づかれずにプリンタ本体に組み付けられる場合もある。
ところで、圧力室の列間においてこの圧力室の列に沿って延び且つ外部に連通する検査用流通溝を設け、圧力室の列間の密閉リークを、短時間で確実に検査できるインクジェットヘッドの検査方法が知られている(例えば特許文献2参照)。
特開2006−96034号公報(段落0040) 特開2005−96171号公報(段落0038〜0040および図2〜図5)
しかしながら、特許文献2に記載のものにおいては、圧力室の列間において検査用流通溝を設けているだけであるので、圧力室となるキャビティ間の桁部において隣のキャビティへのリークはやはり検査することができない。
本発明は、圧力室となるキャビティ間の桁部において隣のキャビティへのリークを検査することができる液体吐出装置用ヘッドを提供することを目的とする。
請求項1の発明は、表面に列状に配置された複数のノズルと、各ノズルに対応して列状に配置された複数の圧力室と、液体を液体供給口から前記各圧力室に分配し前記各ノズルに供給する液体流路とを有するキャビティユニットを備える液体吐出装置用ヘッドにおいて、前記複数のノズルは、前記キャビティユニットに接合されるノズルプレートに形成され、前記キャビティユニットは、圧力室が開口する第1のプレート材と、この第1のプレート材の圧力室の開口を密閉する第2のプレート材とを備え、前記第1のプレート材と第2のプレート材との間であって前記第1および第2のプレート材の少なくとも一方に、隣接する前記圧力室を区画する桁部に対応して検査溝が形成され、前記各検査溝に、空気の供給が可能である連通溝が連通しており、さらに、前記キャビティユニットは、前記連通溝に連通し前記ノズルプレートによって閉鎖される検査用開口を有することを特徴とする。ここで、ノズル列が一列の場合のヘッドも含まれる。
このようにすれば、連通溝を通じて各検査溝に空気を供給し、その空気の供給圧の変化をみることで、隣接する圧力室を区画する桁部の部分において第1のプレート材と第2のプレート材とがうまく接合されているかどうかについて簡単に検査することができる。連通溝を通じて空気を検査溝に供給するだけで、接合がうまくなされているかどうかがわかるので、大量の製品について接合の適否を効率よく、短時間で検査するのに特に有効である。
また、前記キャビティユニットの検査用開口は、前記ノズルプレートによって閉鎖される構成としているので、検査が終了した後の検査溝を密閉した空間にすることができ、液体などの侵入を防止することができる。
請求項2に記載のように、請求項1の液体吐出装置用ヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、第1および第2のプレート材が金属拡散接合により接合されたものである構成とすることができる。
このようにすれば、前記桁部の部分において第1のプレート材と第2のプレート材との間の金属拡散接合がうまくなされているかどうかを簡単に検査することができる。
請求項3に記載のように、請求項1または2の液体吐出装置用ヘッドにおいて、前記圧力室は、前記第1のプレート材に貫通穴として形成され、前記貫通穴としての圧力室は、前記第1のプレート材を挟む2つの前記第2のプレート材にて密閉され、前記検査溝は、前記第1のプレート材と前記第2のプレート材の一方との接合面と、前記第1のプレート材と前記第2のプレート材の他方との接合面とにそれぞれ形成され、これらの検査溝は、共通の前記連通溝に連通されている構成とすることができる。
このようにすれば、共通の連通溝を用いて、前記桁部の上下面の部分において、第1のプレート材と第2のプレート材とがうまく接合されているかどうかを上下同時に検査することができる。
請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれかの液体吐出装置用ヘッドにおいて、前記検査溝は、ハーフエッチング溝として前記桁部に形成されている構成とすることができる。
このようにすれば、検査溝としてのハーフエッチング溝を桁部に設けることで、第1のプレート材の桁部と第2のプレート材との接合部分を、桁部の中央部位ではなく、圧力室寄りの部位にすることができるので、リークを検査するための検査溝としての機能のほか、圧力室近傍を確実に接合してリークをなくす機能を発揮させることもできる。例えば金属拡散接合時による場合には、その接合による加圧荷重が、前記桁部の中央部ではなく、前記凹溝部の左右両側部分つまり前記キャビティ近傍に集中することになるので、キャビティプレートの各キャビティの周囲と振動板との間において安定した接合が可能となり、キャビティから吐出圧力がリークするおそれがなくなる。
請求項5に記載のように、請求項1〜4のいずれかの液体吐出装置用ヘッドにおいて、前記連通溝は、前記各圧力室の列方向の両側に配置され、前記圧力室の列方向に延びている構成とすることができる。
このようにすれば、検査溝に対し、その検査溝に空気の供給が可能である連通溝を無理なく配置することができる。
本発明は、上記のように構成したから、連通溝を通じて各検査溝に空気を供給し、その空気の供給圧の変化をみることで、圧力室となるキャビティ間の桁部の部分において第1のプレート材と第2のプレート材とがうまく接合されているかどうかについて簡単に検査することができる。
空気を連通溝を通じて検査溝に供給するだけで、接合がうまくなされているかどうかがわかるので、大量の製品について接合の適否を効率よく検査するのに有効である。
以下、本発明の実施の形態を、インクジェットプリンタ用ヘッドを例として図面に沿って説明する。
図1(a)は本発明に係るインクジェットプリンタの概略構成を示す概略構成図、図1(b)は本発明に係るキャビティユニット、アクチュエータユニットおよびフレキシブルケーブル(COP)の関係を示す説明図である。
本発明に係るインクジェットプリンタ1は、図1(a)に示すように、インクカートリッジ(図示せず)が搭載されるキャリッジ2の下面に、記録用紙P(記録媒体)に記録するためのインクジェットプリンタ用ヘッド3(以下、単にプリンタ用ヘッドという)が設けられている。キャリッジ2は、プリンタフレーム4内に設けられるキャリッジ軸5とガイド板(図示せず)とによって支持され、記録用紙Pの搬送方向Aと直交する方向Bにおいて往復移動する構成とされている。
図示しない給紙部からA方向に搬送される記録用紙Pは、プラテンローラ(図示せず)とプリンタ用ヘッド3との間に導入されて、プリンタ用ヘッド3から記録用紙Pに向けて噴射されるインクにより所定の記録がなされ、その後排紙ローラ6にて排紙される。
また、図1(b)および図2に示すように、プリンタ用ヘッド3は、キャビティユニット11と、アクチュエータユニット12とを下側から順に備え、アクチュエータユニット12の上面に駆動信号を供給するフレキシブルケーブル13(信号線)が設けられている。
キャビティユニット11は、複数枚のプレート部材からなる積層体14を含む。その積層体14の上側には、後述する振動板15が設けられる一方、下側には、表面に列状に形成された複数のノズル16aを有するノズルプレート16およびノズル16aに対応して貫通穴17aを有するスペーサプレート17を貼り合わせてなるプレートアッセンブリ18が一体に貼り付けられている。そして、振動板15の上側に、アクチュエータユニット12が設けられている(図1(b)参照)。また、図2(a)に示すように、キャビティユニット11の開口11aには、インク内に含有される塵埃などを捕獲するためのフィルタ19が設けられている。ノズルプレート16は、(積層体14を構成する)後述のキャビティプレート14Aの1つの圧力室14Aaについて、1つのノズル16aがそれぞれ設けられた高分子合成樹脂プレート(例えばポリイミド)である。このようなノズル16aは、高分子合成樹脂プレートにエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。このように、キャビティユニット11は、インクを、インク供給口11aから各圧力室14Aaに分配し、各ノズル16aに供給するインク流路を有する。
この積層体14は、図3に示すように、上側から順にキャビティプレート14A(第1のプレート材)、ベースプレート14B、アパチャープレート14C、2枚のマニホール
ドプレート14D,14E、およびダンパープレート14Fがそれぞれ重ねられたものである。これら6枚のプレート14A〜14Fは、各ノズル16a毎に個別にインク流路が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。この積層体14を構成するプレート14A〜14Fは矩形状の金属プレートで、その積層体14の上に、さらに金属プレートである振動板15が重ねられて金属拡散接合されている。
図4に示すように、キャビティプレート14Aは、そのプレート長手方向に、圧力室14Aaとなる複数のキャビティが、各ノズル16aに対応して列状に配置されている。これら複数の圧力室14Aa(キャビティ)は、エッチングにより、プレート厚さ方向に貫通する貫通穴として形成されている。そして、このキャビティプレート14A(第1のプレート材)の上下面には、複数の圧力室14Aa(キャビティ)の開口を密閉する状態で、第2のプレート材としての振動板15およびベースプレート14Bが接合されている。キャビティプレート14Aの上下面には、図4および図5に示すように、列方向に隣接する圧力室14Aaを区画する桁部14Abに対応する位置に、検査溝31a,31bがそれぞれ形成され、各検査溝31aに、空気の供給が可能である共通の連通溝32aが連通する一方、各検査溝31bに、空気の供給が可能である共通の連通溝32bが連通している。
図5(a)(b)は、キャビティーユニット11の内部に形成される検査溝31a,31b、連通溝32a,32b、連通溝32a,32bと連通する貫通路34、及び検査用開口33を示すものである。これらの検査溝31a,31b、連通溝32a,32b、貫通路34、および検査用開口33は、キャビティーユニット11の表面に露出するものではないので、点線で示されている。
検査溝31a,31bは、図5(a)(b)に詳細を示すように、桁部14Abの上下面にハーフエッチング溝として形成され、それらを連通し検査溝31a,31bより溝幅が広い連通溝32a,32bは、各圧力室14Aaの列方向の両側に配置されている。そして、連通溝32aはキャビティプレート14Aの上面に形成される一方、連通溝32bはベースプレート14Bの下面に形成され、両連通溝32a,32bは圧力室14Aaの列方向に平行に延びている。両連通溝32a,32bは、その端部が、ベースプレート14B、アパチャープレート14C、マニホールドプレート14D,14E、およびダンパープレート14Fを貫通する貫通路34につながり、最終的には、検査用開口33として積層体14の下面(ダンパプレート14Fの下面)に開口している。この検査用開口33は、プレートアッセンブリ18が接合されることで最終的には閉塞される。なお、検査用開口33はインク色毎に設けているが、上下の連通溝32a,32bを連通して、1つの検査用開口とすることも可能である。また、図5(c)に示すように、上下の検査溝31a,31bは、桁部14Abの幅方向において若干ずれて配置されている。
また、図6〜図8に示すように、ベースプレート14Bは、マニホールド14Da,14Ea(共通インク室)から各圧力室14Aaへの連通穴14Baおよび各圧力室14Aaから各ノズル16aへの連通穴14Bbがそれぞれ設けられた金属プレートである。アパチャープレート14Cは、それの上面に凹部通路として、各圧力室14Aaとマニホールド14Da,14Eaとを連通する連通路14Caおよび各圧力室14Aaからノズル16aへの連通穴14Cbがそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート14D,14Eは、マニホールド14Da,14Eaに加えて、各圧力室14Aaから各ノズル16aへの連通穴14Db,14Ebがそれぞれ設けられた金属プレートである。ダンパープレート14Fは、下面に凹部として形成されるダンパー室14Faのほか、各圧力室14Aaを各ノズル16aに連通する連通穴14Fbが設けられた金属プレートである。
アクチュエータユニット12は、振動板15上に形成された圧電層12Aと、この圧電層12Aの上側に各圧力室14Aaに対応して形成された複数の個別電極12Bとを備えている。これら複数の個別電極12Bは、圧力室14Aaよりも一回り小さい楕円形の平面形状を有し、平面視で、対応する圧力室14Aaの中央部に重なる位置に夫々形成されている。なお、図6に示すように、圧電層12Aの表面において、各個別電極12Bについては各個別電極12Bに夫々連なる複数の端子部12Baが形成され、これら複数の端子部が、フレキシブルケーブル13を介してドライバIC(図示省略)と電気的に接続されており、ドライバICから端子部を介して複数の個別電極12Bに対して選択的に駆動電圧が供給される構成とされている。
振動板15は、複数の個別電極12Bに対向して配置され、個別電極12Bとキャビティプレート14Aとの間の圧電層12Aに電界を作用させる共通電極を兼ねている。圧電層12Aは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなり、その厚さ方向に分極している。個別電極12Bは、Ag−Pd系等の金属材料からなるものであり、駆動信号が供給されるフレキシブルケーブル13の信号線により、図示しないドライバICに接続されている。他方、内部共通電極として機能する振動板15は常にグランド電位に保たれている。
したがって、個別電極12Bの電位をグランド電位より高い電位とすることで、圧電層12Aに対してその分極方向に電界が印加される。電界が印加された圧電層12Aは、活性層として、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。一方、振動板15は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上層の圧電層12Aと下層の振動板15との間で分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、振動板15がキャビティプレート14Aに固定されていることと相俟って、圧電層12Aおよび振動板15は圧力室14Aaに向かって凸となるように変形しようとする(ユニモルフ変形)。このため、圧力室14Aaの容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル16aからインクが噴射される。その後、個別電極12Bを共通電極(振動板15)と同じ電位に戻すと、圧電層12Aおよび振動板15は元の形状になって圧力室14Aaの容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド14Da,14Eaから吸い込む。
上述したように、本実施の形態では、振動板15をキャビティユニット11の上側に設けているので、ユニモルフ変形による優れた噴射効率を実現することができる。
次に、インクジェットヘッド1の製造方法について説明する。
まず、積層体14を構成するプレート14A〜14Fと振動板15とを金属拡散接合により一体に接合する。ここで、振動板15やプレート14A〜14Fはステンレス鋼等の金属材料からなるため、エッチングやプレス加工等により簡単に、貫通穴(圧力室14Aaなど)、検査溝31a,31b、連通溝32a,32bを形成することができる。また、この振動板15は、複数の個別電極12Bと対向して圧電層12Aに電界を生じさせる共通電極を兼ねているため、振動板15とは別に共通電極を設ける必要がなく、圧電アクチュエータの構成が簡単になる。
特に、桁部14Abの上下面に検査溝31a,31bを設けているので、検査溝31a,31bの両側において、厚さ方向に延びる中実部分が存在することになり、金属拡散接合する際に、その接合による加圧荷重が、桁部14Abの中央部分(検査溝31a,31bが形成された部分)ではなく、圧力室14Aa寄りの前記中実部分で受け止められ、桁部14Abは座屈することなく、安定して接合される。つまり、図9(a)に一点鎖線で囲む部分で強固に接合される。
金属拡散接合完了後、キャビティユニット11下面の検査用開口33を通じて圧縮空気を連通溝32a,32bを通じて各検査溝31a,31bに供給し、その空気の供給圧の変化をみることで、隣接する圧力室を区画する桁部14Abの部分において、振動板15とキャビティプレート14Aと、キャビティプレート14Aとベースプレート14Bとがうまく接合されているかどうかについて簡単に検査することができる。つまり、接合不良がなければ、空気の供給圧にほとんど変化がなく、OKと判断できる。一方、接合不良があると、リークが生じ、空気の供給圧が低下するので、それによりNGであると判断することができる。このように、連通溝32a,32bを通じて空気を検査溝31a,31bに供給するだけで、接合がうまくなされているかどうかがわかるので、大量の製品について接合の適否を効率よく、短時間で検査するのに特に有効である。
次に、拡散接合がうまくなされているキャビティユニット11に対し、振動板15の、積層体14と反対側の面に圧電層12Aを形成する。ここで、この圧電層12Aの形成においては、エアロゾルデポジション法(AD法)を用い、超微粒子材料(PZTの粒子)を振動板15の被処理面(表面)に高速で衝突させて堆積させることにより、圧電層を振動板15上に形成する。
このように、振動板15の表面に圧電層12Aを形成した後に、圧電層12Aに十分な圧電特性を確保させるための加熱処理であるアニール処理を行い、その次に、圧電層12Aの表面の、平面視で複数の圧力室14Aaに夫々重なる領域に、スクリーン印刷法、蒸着法あるいはスパッタ法等を用いて複数の個別電極12Bを形成する。
そして、最後に、合成樹脂製のプレートアッセンブリ18(ノズルプレート16、スペーサプレート17)を積層体14の下面に接合して、インクジェットプリンタ用ヘッド3の製造を完了する。なお、このプレートアッセンブリ18の接合により検査用開口33が閉塞され、外部から見えなくなる。このようにプレートアッセンブリ18を最後に後付するのは、プレートアッセンブリ18が合成樹脂製であり、アニール処理に曝されると変形してしまうことと、リーク検査の終了後に検査用開口33を閉鎖するためである。もし、検査用開口33を閉鎖しないと、そこからインクが侵入しヘッドの腐食を必要以上に進行させることとなるため、検査用開口33を閉鎖することが望ましいのである。
前記実施の形態では、キャビティプレート14Aの桁部14Abaの上下面の両方に検査溝31a,31bを設けるようにしているが(図9(a)参照)、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば図9(b)に示すように上側の検査溝31a’を振動板15の下面に設けたり、例えば図9(c)に示すように下側の検査溝31b’をベースプレート14Bの上面に設けたり、あるいは図9(d)に示すように上側の検査溝31a’を振動板15の下面に、下側の検査溝31b’をベースプレート14Bの上面に設けることも可能である。また、桁部14Aba上下面の部分のいずれかに、接合不良の発生が片寄っている場合には、その接合不良が発生する側にのみ検査溝を設けることも可能である。つまり、キャビティプレート14Aと振動板15との間、あるいはキャビティプレート14Aとベースプレート14Bとの間の少なくとも一方に設ければよい。
また、前記実施の形態では、積層体14を構成するプレート14A〜14Fや振動板15だけを金属プレートで形成しているが、本発明はそれに限定されるものではなく、ノズルプレート16やスペーサプレート17も金属プレートで形成することができ、その場合には、ノズルプレート16やスペーサプレート17も含めて金属拡散接合して、キャビティユニットを形成するようにしてもよい。この場合には、前述した検査用開口は、ノズルプレートの下面(ノズル面)に開口させることになり、振動板15とプレート14A〜14F、16,17を金属拡散接合した後、前述したリークの検査が行われ、リークがないものについて圧電層12Aおよび個別電極12Bが形成されることになる。この場合にお
いても、検査用開口は閉鎖することが望ましい。
図1(a)は本発明に係るインクジェットプリンタの概略構成を示す概略構成図、図1(b)は本発明に係るキャビティユニット、アクチュエータユニットおよびフレキシブルケーブル(COP)の関係を示す説明図である。 図2(a)はキャビティユニットの上側に、アクチュエータユニットを貼り付けた状態を示す斜視図、図2(b)はノズルプレートとスペーサプレートを貼り合わせてなるプレートアッセンブリの説明図である。 (a)はキャビティユニットを、構成要素である各プレートに分解し、それらを振動板とともに示す図、(b)は接合された状態の図である。 検査溝と連通溝との関係を示す平面図である。 (a)はキャビティユニットを上側からみた斜視図、(b)は下側からみた斜視図、(c)は上下の検査溝と連通溝との関係の説明図である。 積層体を上側からみた要部拡大図である。 図6のA−A線における断面図である。 (a)は図6のB−B線における断面図、(b)は圧力室の桁部付近を拡大して示す説明図である。 (a)〜(d)はそれぞれ検査溝を設ける部分の説明図である。
符号の説明
1 インクジェットプリンタ
3 インクジェットプリンタ用ヘッド
11 キャビティユニット
12A 圧電層
12B 個別電極
14A キャビティプレート
14Aa 圧力室(キャビティ)
14Ab 桁部
15 振動板
31a,31b 検査溝
32a,32b 連通溝
33 検査用開口

Claims (5)

  1. 表面に列状に配置された複数のノズルと、各ノズルに対応して列状に配置された複数の圧力室と、液体を液体供給口から前記各圧力室に分配し前記各ノズルに供給する液体流路とを有するキャビティユニットを備える液体吐出装置用ヘッドにおいて、
    前記複数のノズルは、前記キャビティユニットに接合されるノズルプレートに形成され、
    前記キャビティユニットは、圧力室が開口する第1のプレート材と、この第1のプレート材の圧力室の開口を密閉する第2のプレート材とを備え、
    前記第1のプレート材と第2のプレート材との間であって前記第1および第2のプレート材の少なくとも一方に、隣接する前記圧力室を区画する桁部に対応して検査溝が形成され、前記各検査溝に、空気の供給が可能である連通溝が連通しており、
    さらに、前記キャビティユニットは、前記連通溝に連通し前記ノズルプレートによって閉鎖される検査用開口を有することを特徴とする液体吐出装置用ヘッド。
  2. 前記キャビティユニットは、前記第1および第2のプレート材が金属拡散接合により接合されたものであることを特徴とする請求項1記載の液体吐出装置用ヘッド。
  3. 前記圧力室は、前記第1のプレート材に貫通穴として形成され、
    前記貫通穴としての圧力室は、前記第1のプレート材を挟む2つの前記第2のプレート材にて密閉され、
    前記検査溝は、前記第1のプレート材と前記第2のプレート材の一方との接合面と、前記第1のプレート材と前記第2のプレート材の他方との接合面とにそれぞれ形成され、これらの検査溝は、共通の前記連通溝に連通されていることを特徴とする請求項1または2記載の液体吐出装置用ヘッド。
  4. 前記検査溝は、ハーフエッチング溝として前記桁部に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液体吐出装置用ヘッド。
  5. 前記連通溝は、前記各圧力室の列方向の両側に配置され、前記圧力室の列方向に延びていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液体吐出装置用ヘッド。
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