JP4903250B2

JP4903250B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP4903250B2
Application number: JP2009214972A
Authority: JP
Inventors: 千秋田沼
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2029-09-16
Also published as: US20110063380A1; JP2011062902A

Description

本発明は、インク吐出用のノズルを有するインクジェットヘッドに関する。

循環型のインクジェットヘッドにおいて、複数のノズルを有するノズルプレートと、複数のノズルにそれぞれ対応するように板状の基板の主面に設けられる複数の圧力室と、複数の圧力室に連通するインク流路および液室がそれぞれ作りこまれたベース基板と、圧力室を駆動する配線が形成されたプリント回路板と、を備える構造が知られている。

このようなインクジェットヘッドでは、板状のベース基板の主面に設けられた圧電部材に機械加工により溝を形成することで、複数の圧力室が形成される。

しかしながら、上記技術では以下のような問題がある。すなわち、板状の圧電部材は厚さ方向の剛性が低く、主面に対して機械加工を行うと厚さ方向の負荷がかかり、圧電部材の変形の原因となる。このため、複数の圧力室を高精度に形成することが困難となる。

そこで、本発明は、複数の圧力室を高精度で形成することが容易となるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ベース部と、該ベース部の一端側に設けられたインク吐出用の複数のノズルと、を備え、前記ベース部の前記一端側の端面である第１の面に、前記ノズルに対応する複数の圧力室を有するアクチュエータが設けられ、前記ベース部の主面であり前記第１の面と交差する第２の面に、インク流路を形成するインクガイドが形成され、前記ベース部の前記第２の面と反対側の主面である第３の面に、前記アクチュエータに接続される電極が形成され、一対の前記ベース部を有し、一方の前記ベース部の前記第３の面と他方の前記ベース部の前記第２の面とを対向させて一対の前記ベース部を組み合わせた状態において、前記第２の面と前記第３の面の間に、前記インクガイドが介在してインク流路が形成されることを特徴とするインクジェットヘッドである。

本発明によれば、複数の圧力室を高精度で形成することが容易となる。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。同実施形態にかかるインクジェットヘッドのベース構造部を示す分解斜視図。図２のＡ部を拡大した斜視図。図３のＢ部を拡大して示す側面図。同実施形態にかかるインクジェットヘッドのベース構造部を示す平面図。同実施形態にかかるインクジェットヘッドの側面図。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態にかかるインクジェットヘッド１について、図１乃至図６を参照して説明する。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ互いに直交する３方向を示す。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。

図１は、本実施形態に係るインクジェットヘッド１を示す斜視図である。図２は、同実施形態にかかるインクジェットヘッド１の構造を一部省略して示す分解斜視図である。なお、図面においては、説明の便宜上、ノズル１１ａが上に配置されインク吐出方向が上を向くように上下反転した姿勢とした。

図２において第１のアクチュエータユニット１２及び第１のカバー１４と、第２のアクチュエータユニット１３及び第２のカバー１５とは、９０度回転させた状態で展開して示している。一対のアクチュエータユニット１２，１３は、互いに同じ構造であるので共通する説明を省略する。図２においては、第１のアクチュエータユニット１２の裏側（Ｘ方向一方側）と第２のアクチュエータユニット１３の表側（Ｘ方向他方側）をそれぞれ示している。

本実施形態のインクジェットヘッド１は、インクを常時循環させるいわゆる循環型のインクジェットヘッドである。図１及び図２に示すように、インクジェットヘッド１は、複数のノズル１１ａが形成されたノズルプレート１１と、ノズルプレート１１の下面側にて互いに対向して配置される一対のアクチュエータユニット１２，１３と、これら一対のアクチュエータユニット１２，１３の両側を覆うように設けられた一対のカバー１４，１５と、を備えている。

ノズルプレート１１は、複数の圧力室２３に対応する複数のノズル１１ａを有する板状に構成されている。ノズルプレート１１は、一対のアクチュエータユニット１２，１３及び一対のカバー１４，１５で構成されるベース構造部１０を上側から覆うように設けられる。

アクチュエータユニット１２，１３は、Ｚ軸に直交する上下面、Ｘ軸に直交する表裏面、及びＹ軸に直交する両側面を有する直方体状のベース部２０を備えている。ベース部２０は、例えば金属、セラミックまたは樹脂から選択される材料で形成され、厚さ方向がＸ軸に、長手方向がＹ軸に、幅方向がＺ軸に、それぞれ沿うように配置されている。例えば、幅寸法数十ミリ、厚さ寸法１８ミリ、長さ寸法６０ミリ程度に構成されている。

ベース部２０のノズル１１ａに近い端面となる上面（第１の面）に、接着層２７を介して圧電体アクチュエータ２１が形成されている。

図３及び図４に拡大して示すように、圧電体アクチュエータ２１（アクチュエータ）は、Ｙ方向に配列される複数の駆動素子２２を有している。複数の駆動素子２２によって両側が挟まれた部分が各ノズル１１ａに対応する圧力室２３となっている。すなわち、各圧力室２３の両側に、各ノズル１１ａからインクを吐出させるための駆動素子２２が配置されている。各圧力室２３の内部には、インクが貯留されている。

駆動素子２２は、例えばＰＺＴ系圧電セラミックス材料からなる２個の圧電素子２４ａ，２４ｂを有している。駆動素子２２は、ノズル１１ａに近い位置の第１の圧電素子２４ａと、ノズル１１ａから遠い位置の第２の圧電素子２４ｂとを有している。第１の圧電素子２４ａと第２の圧電素子２４ｂとは、分極方向が逆向きになるように分極処理され、接着層２５を介して接着されている。駆動素子２２間に形成される圧力室２３の内面には、電極２６が形成されている。

図２に示すように、ベース部２０の表面（第２の面）には、インクガイド３０が形成されている。インクガイド３０は第２の面からＸ方向に起立するＴ字形状のガイドリブ３１と、このガイドリブ３１のＹ方向中央部分から下方に延びる円筒状のガイド管３２とを、一体に有している。

ガイドリブ３１は、例えばベース部２０を形成する際に成形等によりベース部２０に一体に作りこまれている。ガイドリブ３１は、ベース部２０の長手方向端縁に沿って上下端に至る外側リブ３３と、ベース部２０のＺ方向中央部においてＹ方向に延びる内側リブ３４とを有している。外側リブ３３の先端面には複数の位置決め用突起３３ａが形成されている。

ガイド管３２は、内側リブ３４中央位置から下方に連続して形成され、その内部にガイドリブ３１上側に形成される共通液室からインクジェットヘッド１の下方に至って連通するインク流路を形成する。

ベース部２０の裏面（第３の面）には、圧電体アクチュエータ２１の動作を駆動する複数の駆動ＩＣ４１と、駆動ＩＣ４１と電極２６とを接続する複数の配線４２（電極）とが形成されている。すなわち、ベース部２０の裏面は、プリント回路板として機能する。配線４２は、駆動素子２２に対して１対１で対応するように形成されている。さらに、裏面には、配線４２と連続して形成された電気接続部４３を有している。なお、配線４２、駆動ＩＣ４１、及び電気接続部４３は、対向するインクガイド３０を避けた位置に配置されている。

ベース部２０の裏面のＹ方向一端側には、複数の位置決め用凹部２０ａが形成されている。

さらに、ベース部２０の裏面のＹ方向他端側の端縁には、Ｘ方向に起立する外側リブ３６が形成されている。外側リブ３６はベース部２０の上下端に至って形成され、その先端面に複数の位置決め用突起３６ａが形成されている。

第１のカバー１４は、第１のアクチュエータユニット１２の表面側に設けられ、間に液室及びインク流路を介在して第１のアクチュエータユニット１２の表面を覆う板状部５１と、板状部５１のＹ方向他端側の端縁から起立する外側リブ５２を有して平面視Ｌ字形状に形成されている。板状部５１のＹ方向一端側の端縁には、位置決め用凹部５１ａが形成されている。外側リブ５２は、第１のアクチュエータユニット１２側にＸ方向に屈曲して起立し、組立状態において液室を構成する。外側リブ５２には、複数の位置決め用突起５２ａが形成されている。

第２のカバー１５は、第２のアクチュエータユニット１３の裏面側に設けられ、間に液室及びインク流路を介在して第２のアクチュエータユニット１３の裏面を覆う板状部６１と、板状部６１の内側の面に形成されたインクガイド６２とを有して構成されている。板状部６１のＹ方向他端側の端縁には、位置決め用凹部６１ａが形成されている。

インクガイド６２は、内側の面からＸ方向に起立するＬ字形状のガイドリブ６３と、このガイドリブ６３のＹ方向中央部分から下方に延びる円筒状のガイド管６４とを、一体に有し、液室及びインク流路を形成する。ガイドリブ６３は、第２のカバー１５のＹ方向一端側の端縁に沿って中央から上端に至る外側リブ６５と、第２のカバー１５のＺ方向中央部においてＹ方向に延びる内側リブ６６と有し、例えば第２のカバー１５を形成する際に成形等により一体に作りこまれている。外側リブ６５には複数の位置決め用突起６５ａが形成されている。

これら第１及び第２のアクチュエータユニット１３、第１及び第２のカバー１５が組合わされてベース構造部１０が形成される。このとき、図２及び図５に対応を示すように、複数の位置決め用凹部５１ａ，２０ａ、２０ｂ，６１ａに複数の位置決め用突起３３ａ、５２ａ，３６ａ，６５ａが挿入されるように位置決めが成される。

図１、図５及び図６に示すように、組み付け状態のベース構造部１０において、外側リブ３３、３６、５２、６５及び内側リブ３４、６６の先端面が対向する部材の面に突き当たることで、ベース構造部１０の上半部に、一対のベース部２０によって区画される３つの液室７１〜７３が形成される。すなわち、Ｙ方向両端に形成される板状の外側リブ３３、３６、５２、６５によって液室７１〜７３の側部が形成され、Ｚ方向中央部でＹ方向に延びる板状の内側リブ３４，６６によって液室７１〜７３の底部が形成される。

また、３つの内側リブ３４，３４，６６の中央から延びるガイド管３２、３２、６４によって液室７１〜７３に連通するインク流路が形成される。第１のアクチュエータユニット１２に形成されたガイド管３２はインク流出口７４となり、第２のアクチュエータユニット１３に形成されたガイド管３２はインク流入口７５となり、第２のカバー１５に形成されたガイド管６４はインク流出口７６となる。

本実施形態に係るインクジェットヘッド１の製造工程は、まず、ベース部２０及びカバー１４，１５をそれぞれ形成し、これらを組み立ててベース構造部１０を製造する。ベース部２０及びカバー１４，１５は、例えば金属、セラミックまたは樹脂から選択される材料で所定形状に形成される。例えばベース部２０を樹脂成形で構成する場合には、外側リブ３３、３６及び内側リブ３４に加え円筒状のガイド管３２を一体に形成する。あるいは、金属性の場合には円筒状のガイド管３２を別体で構成してから内側リブ３４に取り付けて構成してもよい。

次に、ベース部２０の裏面に配線４２を形成し、駆動ＩＣ４１や電気接続部４３を搭載する。

圧電体アクチュエータ２１に複数の圧力室２３を形成する際には、ベース部２０の端面に圧電部材を接着層２７により固定し、機械加工により圧電部材に溝形状を形成する。このとき、ベース部２０の幅方向に負荷がかかるが、ベース部２０の幅方向の寸法は比較的大きいため、変形することが防止される。

これら第１及び第２のアクチュエータユニット１３、第１及び第２のカバー１５を、互いに位置決めして組み合わせることにより、ベース構造部１０が形成される。さらに、ベース構造部１０に開口する液室７１〜７３を覆うようにノズルプレート１１を取り付けることにより、インクジェットヘッド１が完成する。

以下、インクジェットヘッド１の動作について説明する。図６に矢印で示すように、インク流入口７５から液室７２に供給されたインクは、圧力室２３の内部に送られる。圧力室２３において、駆動素子２２によって加圧されたインクは、ノズル１１ａからインク滴として吐出される。インク滴として使用されなかったインクは、インク流出口７４，７６から液室７１，７３の外部に排出される。

インク滴をノズル１１ａから吐出させるには、駆動回路により配線４２を介して駆動素子２２に駆動電圧を印加する。駆動素子２２の第１の圧電素子２４ａと第２の圧電素子２４ｂとに電流が流れると、図４示す第１の圧電素子２４ａと第２の圧電素子２４ｂは互いに逆向きに屈曲する。両圧電素子２４ａ，２４ｂの屈曲により、駆動素子２２が「Ｌ」字状に屈曲変形して、隣接する圧力室２３の容積が小さくなる。圧力室２３が小さくなって圧力室２３内のインクが高圧になると、ノズル１１ａからインク滴が勢い良く吐出される。

本実施形態にかかるインクジェットヘッド１によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、ベース部２０の端面に圧電体アクチュエータ２１を設ける構成としたことにより、圧力室２３の製造時に機械加工により負荷が加わってもベース部２０が変形しにくい。このため、複数の圧力室２３を精度良く形成することが容易となる。また、ベース部２０に起立するガイドリブ３１を一体に成形することで、ベース部２０の厚み方向の剛性を向上することが出来る。

複数の部材１２，１３，１４，１５を組み合わせ、それぞれの部材１２，１３，１４，１５に一体に形成された外側リブ３３、３６、６５及び内側リブ３４，６６によって部材間に液室７１〜７３を形成する構成としたことにより、部材の構造が単純化でき、また製造工程が簡易となる。

また、ベース部２０の端面に圧電体アクチュエータ２１を形成し、表面にインクガイド３０を形成し、裏面に配線４２を形成したことにより、複数の機能を分離でき、設計の自由度が向上する。例えば、インク流路のための孔を配線と同じ面に形成する場合には、インク流路を避けて配線を設定しなければならないが、上述の本実施形態の構成によれば配線４２を形成するための制約が少なく、配線４２パターンの微細化や配線４２の長さの調整が容易となる。したがって、各圧力室２３に接続された複数の配線４２の長さを均一にして、配線４２の抵抗を均一にすることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…インクジェットヘッド、１０…ベース構造部、１１ａ…ノズル、
１１…ノズルプレート、１２…第１のアクチュエータユニット、
１３…第２のアクチュエータユニット、１４…第１のカバー、１５…第２のカバー、
２０…ベース部、２１…圧電体アクチュエータ、２２…駆動素子、２３…圧力室、
２４ａ…第１の圧電素子、２４ｂ…第２の圧電素子、２５…接着層、２６…電極、
２７…接着層、３０…インクガイド、３１…ガイドリブ、３２…ガイド管、
３３、３６…外側リブ、３４…内側リブ、４１…駆動ＩＣ、４２…配線（電極）、
４３…電気接続部、５２…外側リブ、６２…インクガイド、６３…ガイドリブ、
６４…ガイド管、６５…外側リブ、６６…内側リブ、７１〜７３…液室、
７４…インク流出口（インク流路）、７５…インク流入口（インク流路）、
７６…インク流出口（インク流路）。

特開２００７−３１３７０７号公報

Claims

ベース部と、該ベース部の一端側に設けられたインク吐出用の複数のノズルと、を備え、
前記ベース部の前記一端側の端面である第１の面に、前記ノズルに対応する複数の圧力室を有するアクチュエータが設けられ、
前記ベース部の主面であり前記第１の面と交差する第２の面に、インク流路を形成するインクガイドが形成され、
前記ベース部の前記第２の面と反対側の主面である第３の面に、前記アクチュエータに接続される駆動ＩＣと、前記駆動ＩＣと前記アクチュエータを接続する配線と、が形成され、
前記ベース部の前記第３の面は回路板として機能することを特徴とするインクジェットヘッド。
ベース部と、該ベース部の一端側に設けられたインク吐出用の複数のノズルと、を備え、
前記ベース部の前記一端側の端面である第１の面に、前記ノズルに対応する複数の圧力室を有するアクチュエータが設けられ、
前記ベース部の主面であり前記第１の面と交差する第２の面に、インク流路を形成するインクガイドが形成され、
前記ベース部の前記第２の面と反対側の主面である第３の面に、前記アクチュエータに接続される電極が形成され、
一対の前記ベース部を有し、
一方の前記ベース部の前記第３の面と他方の前記ベース部の前記第２の面とを対向させて一対の前記ベース部を組み合わせた状態において、前記第２の面と前記第３の面の間に、前記インクガイドが介在してインク流路が形成されることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記一方のベース部の第２の面側に設けられ前記第２の面との間にインク流路を介在して前記第２の面を覆う第１のカバーと、
前記他方のベース部の第３の面側に設けられ、内側の面にインク流路を形成するインクガイドが形成され、前記第３の面との間に前記インク流路を介在して前記第３の面を覆う第２のカバーと、を備えたことを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
前記インクガイドは、対向する部材に向かって起立して形成され液室を形成するガイドリブと、前記ガイドリブに連続して設けられ、前記液室に連通するインク流路を形成する管状のガイド管とを備えたことを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
前記ベース部の前記第３の面及び前記第２のカバーの内側の面の端縁に、対向する部材に向かって起立して液室を形成するリブがさらに形成されたことを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
前記ベース部は、金属、セラミックまたは樹脂から選択される材料で形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載のインクジェットヘッド。