JP5668479B2 - 液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力変動によってノズルから液滴を噴射するインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッド、及び、これを備える液体噴射装置に関する。

圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズルから液滴として噴射させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、インクジェット式記録装置（以下、単にプリンターという）などの画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）、液晶ディスプレイなどのカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）などの電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどがある。

上記の記録ヘッドは、液体状のインクを封入したインクカートリッジなどの液体貯留部からのインクが導入され、リザーバーから各圧力室を経てノズルに至る一連の液体流路が形成された流路ユニットや圧力室の容積を変動可能な圧力発生素子を有するアクチュエーターユニットなどを備えている。複数のノズルを列設して、各ノズルに通じる圧力室をノズル列方向に沿って列設した記録ヘッドの場合、隣り合う液体流路は隔壁によって区画される（特許文献１）。

特開２００９−２６２４６３号公報

しかしながら、近年の記録ヘッドの小型化に伴い、隣り合う液体流路を区画する隔壁の厚みは薄くなる傾向にある。このため、隣り合うノズルのうち何れか一方のノズルからインクを噴射する場合、このノズルに連通する液体流路内で発生する圧力変動が、隔壁を介して他方の液体流路に伝播することで圧力損失が生じ、これによりノズルから噴射されるインクの液量や飛翔速度が目標値から低下する所謂クロストークが生じることがあった。特に、圧力室とノズルを連通する連通流路では、隔壁の高さ（ノズル形成面に垂直な方向の寸法）が他の部分よりも高いため、連通流路の内圧が高まった際に隔壁が撓みやすい傾向にある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、隔壁の剛性を高めることでクロストークを抑制可能な液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供することにある。

本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を噴射する複数のノズルと、各ノズルに対応して設けられて当該対応するノズルに連通する複数の圧力室と、圧力室と当該圧力室に対応するノズルとを連通する連通流路と、を有する流路ユニットを備えた液体噴射ヘッドであって、
隣り合う連通流路を区画する隔壁同士を連結する梁部が、前記連通流路内に形成されたこと特徴とする。

この構成によれば、隣り合う連通流路を区画する隔壁同士を連結する梁部が、連通流路内に形成されたので、隔壁の剛性を高めることができる。これにより、液体噴射時に連通流路内における隔壁の撓みに起因する圧力損失を軽減することができる。この結果、例えば、隣り合うノズルから異なるタイミングで液体を噴射する際に、連通流路間に発生するクロストークを抑制することができる。また、隔壁の剛性が高まるので、その分、従来よりも隔壁の厚さを薄くすることができ、その結果、液体噴射ヘッドの小型化が可能となる。

上記構成において、前記連通流路には、前記梁部によって区画される各分岐流路と、当該各分岐流路が合流して前記ノズルに連通する共通流路とが形成されることが望ましい。

この構成によれば、連通流路において梁部によって区画される各分岐流路は、共通流路で合流してノズルに連通するので、隔壁の中央部分の剛性を高めつつ、液体の噴射に支障が生じないようにすることができる。

上記構成において、前記流路ユニットは、前記ノズルが形成されたノズル形成基板と、前記圧力室が形成された流路形成基板と、前記連通流路が形成された連通板と、を有し、
前記連通板は、
前記梁部によって前記連通流路内を複数の分岐流路に区画した区画流路板と、
前記区画流路板と前記ノズル形成基板との間に配置され、各分岐流路を連通する共通流路板と、
を有する構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、流路ユニットは、ノズルが形成されたノズル形成基板と、圧力室が形成された流路形成基板と、連通流路が形成された連通板と、を有し、連通板は、梁部によって連通流路内を複数の分岐流路に区画した区画流路板と、区画流路板とノズル形成基板との間に配置され、各分岐流路を連通する共通流路板と、を有するので、連通板を容易に作製することができる。

また、本発明の液体噴射装置は、上記各構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、隔壁の剛性を高めることでクロストークの抑制と装置の小型化とを両立することが可能な液体噴射装置を提供することが可能となる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。 他の実施形態における記録ヘッドの要部断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面等を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、本実施形態では、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置（以下、「プリンター」という）を、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッド（以下、「記録ヘッド」という）を例に挙げて説明する。

図１はインクジェット式記録装置の斜視図である。まず、記録ヘッドを搭載するインクジェット式記録装置（以下、プリンターという）の概略構成について、図１を参照して説明する。例示したプリンター１は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、インク（本発明における液体の一種）を貯留するインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、記録ヘッド２が搭載されたキャリッジ４を記録紙６（着弾対象の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、紙幅方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８等を備えている。ここで、紙幅方向とは、主走査方向（ヘッド走査方向）であり、紙送り方向とは、副走査方向（即ち、ヘッド走査方向に直交する方向）である。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出され、検出信号が位置情報として制御部（図示せず）に送信される。これにより、制御部はこのリニアエンコーダー１０からの位置情報に基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作（噴射動作）等を制御することができる。

キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側（図１における右側）の端部領域には、走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート２８：図２参照）を封止するキャッピング部材１２と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１３とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４（記録ヘッド２）が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

次に、記録ヘッド２の構成について説明する。ここで、図２は、記録ヘッド２の要部断面図、図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図、図４は、図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。なお、図３においては、複数のノズル２７のうちの１つのノズル２７に対応する部分の構成を示し、図４においては隣接する２つのノズル２７に対応する部分の構成を示しているが、他のノズル２７に対応する構成も同様である。例示した記録ヘッド２は、圧力発生ユニット（又はアクチュエーターユニット）１９と、流路ユニット２０とから構成されており、これらを重ね合わせた状態で一体化してある。圧力発生ユニット１９は、圧電振動子２１（圧力発生手段の一種）と、振動板２２とを積層し、焼成等により一体化することで構成されている。

また、流路ユニット２０は、圧力室２３を区画するための圧力室プレート２４（本発明における流路形成基板の一種）と、連通口２５（本発明における連通流路の一種）を形成した連通口プレート２６（本発明における連通板の一種）と、ノズル（ノズル開口）２７が形成されたノズルプレート２８（本発明におけるノズル形成基板の一種）と、を有しており、ノズルプレート２８を連通口プレート２６の一方の表面に、圧力室プレート２４をノズルプレート２８とは反対側となる連通口プレート２６の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化されている。

振動板２２は、弾性を有する板材で構成されている。圧力室２３とは反対側となる振動板の外側表面には、各圧力室２３に対応した状態で複数の圧電振動子２１が配設される。例示した圧電振動子２１は撓み振動モードの振動子であり、駆動電極と共通電極とによって圧電体を挟んで構成されている。そして、圧電振動子２１の駆動電極に駆動信号が印加されると、駆動電極と共通電極との間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体に付与され、圧電体が付与された電場の強さに応じて変形する。

圧力室プレート２４は、圧力室２３を形成するのに適した厚さのシリコンやセラミックス材の薄板、例えばアルミナやジルコニア等によって構成され、圧力室２３を区画するための空部がプレートの厚さ方向に貫通した状態で形成されている。圧力室２３は、ノズルプレート２８のノズル２７のピッチと同じ一定のピッチで列状に開設され、列設方向と直交する左右方向に細長い空部である。各圧力室２３は、インクカートリッジ３から供給されるインクをインクの種類（色）毎に貯留するリザーバー２９に対して、供給口３０を介して連通している。

連通口プレート２６は、図２に示すように、ステンレス材等の金属材料或いはシリコンなどによって構成された板状部材である。この連通口プレート２６には、エッチングなどによって板厚方向を貫通する連通口２５がノズルプレート２８の複数のノズル２７に対応させて複数開設されている。これらの連通口２５のうち、隣り合う連通口（図４中に符号２５Ａ，２５Ｂで示す）は、隔壁３１によって区画されている。そして、本発明における連通口２５内には、両側の隔壁３１同士を連結する梁部３２が形成されていることに特徴を有する。なお、梁部３２の詳細については後述する。

ノズルプレート２８は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル２７を列状に穿設した金属製の薄いプレートである。本実施形態では、このノズルプレート２８をステンレス製の板材によって構成し、複数のノズル２７からなるノズル列（ノズル群の一種）を複数設けている。そして、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル２７によって構成される。そして、本実施形態における記録ヘッド２は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の合計４種類のインクを吐出可能に構成されており、第１ノズル列から第４ノズル列までの合計４列のノズル列が、各色に対応させてノズルプレート２８に形成されている。なお、ノズルプレート２８は金属材料以外にも、有機プラスチックフィルムやＳｉ（シリコン）等から構成してもよい。

そして、各プレート部材は、圧力発生ユニット１９と圧力室プレート２４との間、圧力室プレート２４と連通口プレート２６との間、および連通口プレート２６とノズルプレート２８との間を接合して一体化される。これにより、リザーバー２９と圧力室２３の他端部とが、供給口３０を通じて連通する。また、図２等に示すように、圧力室２３の一端部とノズル２７とが、連通口プレート２６の連通口２５を通じて連通する。そして、リザーバー２９から圧力室２３と連通口２５を通ってノズル２７に連通する一連のインク流路がノズル２７毎に形成される。

ここで、連通口２５内に形成された本発明における梁部３２について説明する。
梁部３２は、隣り合う連通口２５同士を区画する隔壁３１同士を連通口２５の並設方向、即ち、ノズル列方向に連結する板状の部分である。この梁部３２が設けられることにより、隔壁３１の剛性が高められている。この梁部３２は、ノズルプレート２８との間にインクが通過可能な連通空部３３（本発明における共通流路の一種）を空けた状態で、連通口プレート２６における圧力室プレート２４側の面からノズルプレート２８の手前に亘って、両面がノズル列方向に平行となる状態で延設されている。つまり、各連通口２５は、梁部３２によって連通口プレート２６の板厚をそれぞれ貫通する２つの分岐流路３５，３６に区画されている。これらの分岐流路３５，３６は、梁部３２を間に挟んでノズル列方向に直交（交差）する方向に沿って設けられている。なお、隔壁３１の厚み（図４中に符号ｔ１で示す）は、隣り合う圧力室（図４中に符号２３Ａ，２３Ｂで示す）同士を区画する隔壁３４の厚み（図４中に符号ｔ２で示す）よりも厚く形成されている。

２つの分岐流路３５，３６のうち、ノズル列方向に直交する方向の一側（ノズル２７側）に位置する第１分岐流路３５は、圧力室２３におけるノズル２７側の端部と、この直下に位置するノズル２７とを連通している。また、梁部３２を挟んで第１分岐流路３５と隣り合う第２分岐流路３６は、第１分岐流路３５よりもノズル列方向に直交する方向の他側（供給口側）に位置し、圧力室２３とノズル２７とを連通空部３３を介して連通している。そして、これらの各分岐流路３５，３６は、梁部３２のノズル側端部を欠截することにより形成した連通空部３３、即ち、共通流路を介してノズル２７の手前（上流側）で互いに連通している。

上記構成の記録ヘッド２では、圧電振動子２１を変形させることで、対応する圧力室２３が収縮或いは膨張し、圧力室２３内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル２７からインクを噴射させることができる。インクを噴射するのに先だって定常容積の圧力室２３を予備的に膨張させるとリザーバー２９側から供給口３０を通じて圧力室２３内にインクが供給される。そして、予備膨張の後に圧力室２３を急激に収縮させると、圧力室２３側からのインクが、第１分岐流路３５および第２分岐流路３６に分流した後、ノズル２７の上流側に位置する共通流路としての連通空部３３で合流した後にノズル２７から噴射される。

ここで、隣り合うノズル（図４中に符号２７Ａ，２７Ｂで示す）のうち、例えば一方のノズル２７Ａからインクを噴射した際に、このノズル２７Ａに連通する連通口２５Ａ内に圧力変動が生じ、この圧力が隔壁３１に作用しても、梁部３２によって隔壁３１の剛性が高められているので、隔壁３１が隣の連通口２５Ｂ側に撓むことが抑制される。これにより、連通口２５内における隔壁３１の撓みに起因する圧力損失が低減される。

以上説明したように、本実施形態の記録ヘッド２は、隣り合う連通口２５を区画する隔壁３１同士を連結する梁部３２が、連通口２５Ａ，２５Ｂ内に形成されたので、隔壁３１の剛性を高めることができる。これにより、インク噴射時に隔壁３１の撓みに起因する連通口２５内における圧力損失を軽減することができる。この結果、例えば、隣り合うノズル２７Ａ，２７Ｂから異なるタイミングでインクを噴射する際に、連通口２５Ａ，２５Ｂ間に発生するクロストークを抑制することができる。また、隔壁３１の剛性が高まるので、その分、従来よりも厚さを薄くすることができ、その結果、記録ヘッド２の小型化が可能となる。

また、連通口２５において梁部３２によって区画される各分岐流路３５，３６は、ノズル２７の上流側で互いに連通するので、隔壁３１の中央部分の剛性を高めつつ、ノズル２７から噴射されるインクの液量や飛翔速度が目標値から変動したり飛翔方向が曲がったりする等の、梁部３２を設けることによるインク噴射への支障が生じないようにすることができる。また、圧力室２３からノズル２７に向かって流入するインクの流れを梁部３２によって分流すると共に、分流したインクの流れを噴射前に再び合流させることができる。これにより、分岐流路３５，３６間の内圧を揃えることができる。

この様に、本発明に係るプリンター１は、隔壁３１の剛性を高めることでクロストークを抑制し、且つ小型化が可能な記録ヘッド２を搭載しているので、印字品質の信頼性の確保と装置の小型化を両立させることができる。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態においては、ノズル２７の手前まで延設した梁部３２を連通口２５内に形成した連通口プレート２６の構成を例示したが、これに限られず、図５に示すように、梁部３２によって連通口２５内を複数の分岐流路３５，３６に区画した区画流路板３７と、該区画流路板３７とノズルプレート２８との間に配置され、各分岐流路３５，３６を連通する連通空部３３が開設された共通流路板３８と、を有する連通口プレート２６´を用いる構成としても良い。この構成によれば、区画流路板３７と共通流路板３８とを積層した状態で接着剤等により一体化することで、ノズル２７の手前で分岐流路３５，３６を連通させた連通口プレート２６´を容易に作製することができる。

また、上記実施形態では、連通口２５内に１つの梁部３２を形成することによって、連通口２５内を２つの分岐流路３５，３６に分岐する例示したが、これには限られない。例えば、連通口２５内に２つ以上の梁部を形成することによって、連通口２５内を３つ以上の分岐流路に分岐する場合にも本発明を適用することが可能である。

また、上記実施形態では、複数のプレートを積層した流路ユニット２０を例示したが、これには限られない。例えば、１枚のプレート（板材）にノズル２７、圧力室２３、及び連通口２５を形成した流路ユニットを用いる場合にも本発明を適用することが可能である。

なお、上記各実施形態では、圧力発生手段として、所謂撓み振動型の圧電振動子２１を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電振動子を採用することも可能である。また、圧力振動子２１は、磁歪素子や発熱素子を用いる場合にも本発明を適用することが可能である。

そして、本発明は、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

１…プリンター，２…記録ヘッド，２０…流路ユニット，２３…圧力室，２４…圧力室プレート，２５…連通口，２６…連通口プレート，２７…ノズル，２８…ノズルプレート，３１…隔壁，３２…梁部，３５…第１分岐流路，３６…第２分岐流路，３７…区画流路板，３８…共通流路板

Claims (3)

1. 液体を噴射する複数のノズルと、各ノズルに対応して設けられて当該対応するノズルに連通する複数の圧力室と、圧力室と当該圧力室に対応するノズルとを連通する連通流路と、を有する流路ユニットを備えた液体噴射ヘッドであって、
   隣り合う連通流路を区画する隔壁同士を連結する梁部が、前記連通流路内に形成されており、
   前記流路ユニットは、前記ノズルが形成されたノズル形成基板と、前記圧力室が形成された流路形成基板と、前記連通流路が形成された連通板と、を有し、
   前記連通板は、
   前記梁部によって前記連通流路内を複数の分岐流路に区画した区画流路板と、
   前記区画流路板と前記ノズル形成基板との間に配置され、各分岐流路を連通する共通流路板と、
   を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記連通流路には、前記梁部によって区画される各分岐流路と、当該各分岐流路が合流して前記ノズルに連通する共通流路とが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 請求項１または請求項２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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