JP5381136B2 - 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。

液体噴射装置の一種であるインクジェットプリンターには、高速で画像を記録するために、インクヘッドを記録用紙の幅方向に移動することなく記録用紙の全幅に亘って記録を行うことができるように、長尺状のインク噴射ヘッドを備えたものが提案されている。このようなインク噴射ヘッドは、一般にライン型ヘッドと呼ばれることもある。インク噴射ヘッドは、インクの流路などを半導体露光装置（ステッパ）等を使って作りこむことが行われるが、記録用紙の全幅に亘る長さに亘って加工することが難しい。このため、例えば、特許文献１に開示されるように、短尺状の液体噴射ヘッドを、一枚のノズルプレートに対して所定方向に複数並べて配置し、全体として記録用紙の全幅に亘る長尺状の記録ヘッドを構成することが多い。

特開２００４−２０９８５４号公報

しかしながら、かかる構成による場合は、複数の短尺状の液体噴射ヘッドをノズルプレートに取り付けた後、動作確認を行うことになる。このため、一部の液体噴射ユニットが正常に動作しないことがあった場合であっても、長尺の液体噴射ヘッドが不良品として扱われてしまうため、いわゆる製品の歩留まりが悪くなるという問題がある。

そこで、本発明は、製品の歩留まりを向上させることができる液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、複数の短尺状液体噴射ヘッドが配列され、
前記短尺状液体噴射ヘッドの各ノズルの液体噴射方向に、前記各ノズルにそれぞれ連通する複数の孔部が形成されるプレートが配置されて構成される液体噴射ヘッドにおいて、
前記複数の短尺状液体噴射ヘッドは個々に機能することが可能であり、
前記プレートには、前記個々に機能可能な複数の短尺状液体噴射ヘッドが取り付けられ、
前記短尺状液体噴射ヘッドのノズルプレートのノズル開口部の開口径は、上記プレートの孔部の開口径よりも大きく、
前記短尺状液体噴射ヘッドと上記プレートとは、前記プレートの各孔部が、それぞれ前記ノズルプレートのノズル開口部の内側に位置するように配置されていることとする。

上記発明に加えて、液体噴射ヘッドは、プレートに、複数の短尺状液体噴射ヘッドをプレートに対してそれぞれ所定の位置に位置決めする位置決め手段が設けられていることとしてもよい。

上記発明に加えて、液体噴射ヘッドは、前記短尺状液体噴射ヘッドの重さによって生じる前記プレートの撓み量は、前記プレートの孔部の内周縁の一部が前記ノズル開口部の内周縁の一部と重なる位置まで変位する撓み量以下である剛性を有することとしてもよい。

上記発明に加えて、液体噴射装置に、上述の液体噴射ヘッドを備えることとしてもよい。

本発明の実施の形態に係るプリンターの全体的な概略構成を示す概略構成斜視図である。 図１に示すインク噴射ヘッドの斜視図である。 図２に示すインク噴射ヘッドの分解斜視図である。 インク噴射ヘッドのノズル開口部および孔部の構造を示す部分断面拡大図である。 短尺状インク噴射ヘッドのプレートへの取り付け状態を示す図である。 短尺状インク噴射ヘッドのプレートへの位置決め手段の構成を示す図である。 短尺状インク噴射ヘッドのプレートへの位置決め手段の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明をする。

（インクジェットプリンター１の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る液体噴射装置としてのインクジェットプリンター（以下、単にプリンターと言う。）１の全体的な概略の構成を示す斜視図である。プリンター１は、筐体２の内部に、記録媒体としての記録用紙Ｐを、プリンター１の後方から前方に向かって搬送する搬送機構３と、図２から図５を参照しながら後述する構成を有する液体噴射ヘッドとしてのインク噴射ヘッド４等を有する。記録用紙Ｐはプリンター１の上面の後方に設けられる用紙セット部５にセットされる。プリンター１は、用紙セット部５にセットされた記録用紙Ｐを搬送機構３により、前方（図中矢印Ｆ方向）に搬送しながらインク噴射ヘッド４により記録を行う。記録が行われた記録用紙Ｐは、用紙排出部６から排出され、プリンター１の一枚の記録用紙Ｐに対する記録動作が完了する。

（インク噴射ヘッド４の構成）
次に本発明の実施の形態に係るインク噴射ヘッド４の構成を図２から図５を参照しながら説明する。

図２は、インク噴射ヘッド４の全体的構成を示す斜視図である。インク噴射ヘッド４は、長尺状の１枚のプレート７と、このプレート７に取り付けられた複数（本実施の形態では、例えば６個）の短尺状のインク噴射ヘッド（以下、短尺状インク噴射ヘッドと記載する）８等とを有する。インク噴射ヘッド４は、プレート７の長尺方向を記録用紙Ｐの幅方向（記録用紙Ｐの搬送方向Ｆと直交する方向）に沿わせて配置されている。

そして、複数の短尺状インク噴射ヘッド８は、プレート７に対して、プレート７の長尺方向に沿って取り付けられている。インク噴射ヘッド４は、記録用紙Ｐの幅方向に移動することなく、複数の短尺状インク噴射ヘッド８により記録用紙Ｐの幅方向の長さに亘って記録を行えるように構成されている。つまり、インク噴射ヘッド４は、短尺状インク噴射ヘッド８がプレート７に取り付けられた状態で、全体として長尺状のいわゆるライン型ヘッドとして構成されているものである。なお、短尺状インク噴射ヘッド８は、プレート７の短手方向に前後するように千鳥状に配列され、隣接する短尺状インク噴射ヘッド８同士で、インクの噴射位置が所定の間隔となるように構成されている。

各短尺状インク噴射ヘッド８は、それ自体としてインク噴射ヘッドとして機能するように構成されている。つまり、各短尺状インク噴射ヘッド８は、ノズルプレート９（図３参照）のノズル開口部１０毎にインクノズルが形成されていて、各インクノズルにはインクが一時的に貯留される圧力室と圧力室に圧力を印加する圧電素子等が備えられている。したがって、各短尺状インク噴射ヘッド８は、図示外のインクタンクから供給されるインクをノズル開口部１０毎に噴射量や噴射タイミングを制御して噴射できるように構成されている。

図３は、インク噴射ヘッド４の分解斜視図を示すもので、この図３に示すようにインク噴射ヘッド４は、プレート７に複数の短尺状インク噴射ヘッド８をそれぞれ所定の位置に取り付けることで構成される。プレート７には、図３に示すように、各短尺状インク噴射ヘッド８に対応して複数の孔部１１が形成されている。孔部１１は、短尺状インク噴射ヘッド８の配列に合わせて形成され、各短尺状インク噴射ヘッド８を、各短尺状インク噴射ヘッド８のノズル開口部１０を孔部１１に一致させるようにプレート７に取り付けることで、インク噴射ヘッド４を構成することができる。

なお、プレート７に形成される各孔部１１は、インク噴射ヘッド４に要求される所定の配列で所定の位置精度にて形成されている。例えば、長手方向に沿って配列される孔部１１は、各列で所定のピッチで直線上に配列され、また、短手方向に沿って配列される孔部１１も、各列で所定のピッチで直線上に配列されている。したがって、かかる孔部１１からインクが噴射した場合には、高い位置精度で記録用紙Ｐに対してインクを噴射することができるように構成されている。

ところで、各短尺状インク噴射ヘッド８は、上述したように単体としてインク噴射ヘッドとして機能することができる。そこで、プレート７への取り付けに先立ち、動作が正常に行うことができるかどうかの検査を予め実行し、正常動作が確認された短尺状インク噴射ヘッド８について、プレート７への取り付けを行う。そのため、インク噴射ヘッド４に正常に動作をしない短尺状インク噴射ヘッド８が取り付けられることを防止することができ、インク噴射ヘッド４を製造する際の歩留まりを向上させることができる。

また、インク噴射ヘッド４のノズル開口部１０と孔部１１の部分の断面を拡大して示す図である図４に示すように、短尺状インク噴射ヘッド８のノズル開口部１０の開口径１０Ｒは、プレート７の孔部１１の開口径１１Ｒよりも大きく形成されている。したがって、図５に示すように、短尺状インク噴射ヘッド８のプレート７に対する実際の取り付け位置１２が、理想の取り付け位置１３からずれている場合であっても、ノズル開口部１０の開口径１０Ｒを、プレート７の孔部１１の開口径１１Ｒよりも大きく形成することで、ノズル開口部１０の内側に孔部１１が位置するように短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に取り付けることができる。

ノズル開口部１０の内側に孔部１１が位置するように短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に取り付けることにより、短尺状インク噴射ヘッド８の実際の取り付け位置１２が、理想の取り付け位置１３からずれている場合であっても、インクをプレート７の孔部１１から噴射することができる。このため、短尺状インク噴射ヘッド８の取り付け精度が若干低くても、インクの噴射位置精度を高いものとすることができる。なお、理想の取り付け位置１３は、各ノズル開口部１０とプレート７の各孔部１１との中心が一致し、各ノズル開口部１０と各孔部１１とが同心円の配置となっている状態である。

図５に示すように、各短尺状インク噴射ヘッド８を、プレート７に対し、理想の取り付け位置１３に取り付けることができれば、ノズル開口部１０は、図中点線にて示すようにインク噴射ヘッド４に要求される所定の配列、かつ、所定の位置精度で配列されることになる。しかしながら、短尺状インク噴射ヘッド８のプレート７への取り付け精度を確保できない場合がある。このような場合であっても、プレート７に形成される孔部１１が、インク噴射ヘッド４に要求される配列で所定の位置精度の位置に形成されているため、短尺状インク噴射ヘッド８のノズル開口部１０の開口径１０Ｒをプレート７の孔部１１の開口径１１Ｒよりも大きく形成することで、インクをプレート７の孔部１１から噴射することができ、インクの噴射位置精度を高く維持することができる。

すなわち、尺状インク噴射ヘッド４のプレート７への取り付け精度の誤差が、ノズル開口部１０の開口径１０Ｒの半径と、プレート７の孔部１１の開口径１１Ｒの半径の差以下である場合には、インクはプレート７の孔部１１から噴射されることになり、インクの噴射位置精度を高く維持することができる。具体的には、短尺状インク噴射ヘッド８のプレート７への取り付け精度の誤差を±Ａ、ノズル開口部１０の開口径１０Ｒの半径をＢ、プレート７の孔部１１の開口径１１Ｒの半径をＣとすると、Ｂ−Ｃ＞Ａの関係となるように、ノズル開口部１０の開口径１０Ｒとプレート７の孔部１１の開口径１１Ｒを設定する。これにより、短尺状インク噴射ヘッド８のプレート７への取り付け誤差が生じても、インクはプレート７の孔部１１から噴射することができ、インクの噴射位置精度を高く維持することができる。

上述したように、孔部１１の開口径１１Ｒの半径とノズル開口部１０の開口径１０Ｒの半径との差を、短尺状インク噴射ヘッド８のプレート７への取り付け精度より大きく設定しておく。これにより、短尺状インク噴射ヘッド８のプレート７への取り付け位置に誤差が発生した場合であっても、ノズル開口部１０から噴射したインクは、インク噴射ヘッド４に要求される配列で所定の位置精度の位置に形成されている孔部１１から噴射することができ、インクの噴射位置精度を高いものとすることができる。

なお、プレート７は、例えば、ステンレス鋼により形成されている。プレート７には複数の短尺状インク噴射ヘッド８が取り付けられ、これらの複数の短尺状インク噴射ヘッド８の荷重がプレート７に懸かる。そのためプレート７をステンレス鋼により形成することで、プレート７の剛性を高いものとすることができる。つまり、プレート７の撓み等の変形量を少なく抑えることができ、高い位置精度でインクの噴射を行うことができる。
プレート７の剛性は、例えば、プレート７に、短尺状インク噴射ヘッド８が取り付けられたときに、短尺状インク噴射ヘッド８の重さ（荷重）によりプレート７に発生する撓み量が所定量以下、すなわち、プレート７の撓みによりノズル開口部１０に対する孔部１１の位置が変位し、孔部１１の内周縁の一部がノズル開口部１０の内周縁の一部に重なる位置まで変位する撓み量（所定量）以下に抑えられる剛性となっている。

なお、プレート７と短尺状インク噴射ヘッド８との取り付けは、短尺状インク噴射ヘッド８のノズルプレート９とプレート７とを接着剤あるいは粘着剤（シール剤）等により固定することにより行う。接着剤あるいは粘着剤は、孔部１１の周囲の部分、あるいは孔部１１を除くプレート７のノズルプレート９に対向する全面に設ける。短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に取り付ける際に、接着剤が塗布されているプレート７に短尺状インク噴射ヘッド８を押し付けて短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に接着する場合、あるいは、粘着剤が塗布されているプレート７に短尺状インク噴射ヘッド８を押し付けて短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に固定する場合に、短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に押し付ける荷重（負荷）が作用することがある。プレート７は、かかる荷重に対する撓み量が、上述の所定量以下となる剛性を有するようにしてもよい。該荷重に対する撓み量が所定量以下とすることにより、短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に押し付けた際に、孔部１１の一部あるいは全部が、ノズル開口部１０の外側（外周側）に位置してしまうことを防止できる。

なお、プレート７は、ステンレス鋼等の金属の他、ポリカーボネイト等の樹脂、シリコンウエハ、ガラス材等から形成することができる。また、プレート７と短尺状インク噴射ヘッド８との取り付けは、粘着剤（シール剤）により固定することにより、短尺状インク噴射ヘッド８をそれぞれ独立に交換することができ、メンテナンスに要する費用や時間を短縮することができる。

図６に示すように、短尺状インク噴射ヘッド８のプレート７に当接する面にボス（突起部）１４を設け、プレート７にボス１４が嵌合する位置決め手段としてのボス孔１５を設けるようにしてもよい。このように構成することで、短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に対して容易に位置決めすることができ、インク噴射ヘッド４の組み立てを容易なものとすることができる。なお、ボス１４は、組み立て工程時だけに差し込む、抜き差し可能な構成としてもよい。

また、図７に示すように、プレート７の短尺状インク噴射ヘッド８が取り付けられる側に短尺状インク噴射ヘッド８の周囲に当接するリブ（凸条部）１６を設け、このリブ１６により短尺状インク噴射ヘッド８の位置決めを行うように構成してもよい。このように構成することで、短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に対して容易に位置決めすることができ、インク噴射ヘッド４の組み立てを容易なものとすることができる。これに加えて、リブ１６によりプレートの剛性を高いものとすることができる。

以上のように本発明の実施の形態に係るプリンター１は、複数の短尺の液体噴射ヘッドとしての短尺状インク噴射ヘッド８が配列されて構成される液体噴射ヘッドとしてのインク噴射ヘッド４において、短尺状インク噴射ヘッド８の各ノズルの液体噴射方向に、各ノズルにそれぞれ連通する複数の孔部が形成されるプレートが配置され、短尺状インク噴射ヘッド８のノズルプレート９のノズル開口部１０の開口径は、プレート７の孔部１１の開口径よりも大きく、短尺状インク噴射ヘッド８とプレート７とは、プレート７の各孔部１１が、それぞれノズルプレート９のノズル開口部１０の内側に位置するように配置されていることとする。

このようにインク噴射ヘッド４を構成することにより、短尺状インク噴射ヘッド８単位で動作確認の検査を行った後、プレート７への取り付けを行うことができる。そのため、プレート７に取り付けた後、一部の短尺状インク噴射ヘッド８が正常に動作しないという事態を防ぐことができるため、インク噴射ヘッド４の歩留まりを向上させることができる。

インク噴射ヘッド４は、プレート７に、複数の短尺状インク噴射ヘッド８をプレート７に対してそれぞれ所定の位置に位置決めする位置決め手段としてのボス孔１５やリブ１６を設けてもよい。

このようにインク噴射ヘッド４を構成することにより、インク噴射ヘッド４の組み立てを容易に行うことができる。

インク噴射ヘッド４は、短尺状インク噴射ヘッド８が、インク液体噴射ヘッド４とは独立に機能することができることとしてもよい。

このようにインク噴射ヘッド４を構成することにより、プレート７への取り付けに先立ち、短尺状インク噴射ヘッド８の動作が正常に行うことができるかどうかの検査を行うことができ、インク噴射ヘッド４を製造する際の歩留まりを向上させることができる。

インク噴射ヘッド４は、プレート８の撓み量が所定量以下である剛性を有することとしてもよい。

このようにインク噴射ヘッド４を構成することにより、プレート７の剛性を高いものとすることができ、短尺状インク噴射ヘッド８を複数取り付けても、撓み等の変形量を小さくすることができるため、高い位置精度で液体の噴射を行うことができる。なお、プレート７はステンレス鋼とするほか、銅やアルミニウム等の金属から形成することとしてもよい。また、金属に限らず、樹脂材や半導体ウエハ（シリコンウエハ）、あるいはガラスにより形成するようにしてもよい。

液体噴射装置を上述のインク噴射ヘッドを備えるプリンター（インクジェットプリンター）とすることで、インク噴射ヘッド４の歩留まりを向上させたコストを抑えたプリンター１として構成できる他、プリンター１のインクの噴射位置精度を高いものとすることができる。

なお、上述の実施の形体では、ノズル開口部１０とプレート７の孔部１１は円形として示したが、これらは、矩形または多角形の開口部と孔部であってもよい。この場合には、例えば、開口部と孔部の開口部分の対角部の長さが、ノズル開口部１０および孔部１１の開口径に相当するものとする。

上述の実施の形態およびその変形例では、インク噴射ヘッド４をライン型ヘッドとして説明したが、記録用紙Ｐの搬送方向に直交するいわゆる主走査方向に移動しながら記録を行うシリアル型の記録ヘッドとしてもよい。また、本発明の液体噴射装置を、液体インクを記録用紙Ｐに噴射して付着させるインクジェットプリンター１として説明したが、この限りではなく、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルのような流状体、流体として流して噴射できる固体を記録ヘッド（噴射ヘッド）から噴射できる流体噴射装置としても具現化できる。

１ ・・・ プリンター（液体噴射装置） ４ インク噴射ヘッド（液体噴射ヘッド） ７ ・・・ プレート ８ ・・・ 短尺状インク噴射ヘッド ９ ・・・ ノズルプレート １０ ・・・ ノズル開口部 １０Ｒ ・・・ 開口径 １１ ・・・ 孔部 １１Ｒ ・・・ 開口径 １５ ・・・ ボス孔（位置決め手段） １６ ・・・ 凸条（位置決め手段）

Claims (4)

1. 複数の短尺状液体噴射ヘッドが配列され、
   前記短尺状液体噴射ヘッドの各ノズルの液体噴射方向に、前記各ノズルにそれぞれ連通する複数の孔部が形成されるプレートが配置されて構成される液体噴射ヘッドにおいて、
   前記複数の短尺状液体噴射ヘッドは個々に機能することが可能であり、
   前記プレートには、前記個々に機能可能な複数の短尺状液体噴射ヘッドが取り付けられ、
   前記短尺状液体噴射ヘッドのノズルプレートのノズル開口部の開口径は、上記プレートの孔部の開口径よりも大きく、
   前記短尺状液体噴射ヘッドと上記プレートとは、前記プレートの各孔部が、それぞれ前記ノズルプレートのノズル開口部の内側に位置するように配置されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記プレートには、前記複数の短尺状液体噴射ヘッドを前記プレートに対してそれぞれ所定の位置に位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記短尺状液体噴射ヘッドの重さによって生じる前記プレートの撓み量は、前記プレートの孔部の内周縁の一部が前記ノズル開口部の内周縁の一部と重なる位置まで変位する撓み量以下である剛性を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。

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