JP5995710B2 - 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の液体噴射ヘッドによれば、液体噴射ヘッドをワイパーブレードによって払拭する時にワイパーブレードが浮き上がるのを防止でき、またワイパーブレードがノズルカバーの段差を乗り越える際に跳ね上がることがなく、払拭したインクがノズルカバー段差付近に残留する恐れがないとされている。
図1は、実施形態に係る液体噴射装置30の説明図であり、図2は、液体噴射ヘッド1および圧力調整部33(請求項の「圧力調整手段」に相当。)の概略構成図である。
図1に示すように、液体噴射装置30は、不図示の吐出チャネルと連通する吐出用ノズル孔11(図2参照)から、インク等の液体を噴射する複数(本実施形態では4個)の液体噴射ヘッド1と、液体噴射ヘッド1に液体を供給する液体供給管35aおよび液体噴射ヘッド1から液体を排出する液体排出管35bとを備えた循環流路部35と、液体を正圧とし液体供給管35aを介して液体噴射ヘッド1に供給する加圧ポンプ33aおよび液体を負圧とし液体排出管35bを介して液体噴射ヘッド1から排出する吸引ポンプ33bを備えた圧力調整部33と、液体噴射ヘッド1に供給および排出される液体が収容された複数(本実施形態では4個)の液体タンク34と、を備えている。
なお、正圧と負圧との基準は、大気圧に対して正圧か負圧かであることとしても構わないし、液体タンクなどを含む液体流路上のいずれかの液体に対して正圧か負圧かであることとしても構わない。
液体タンク34は、対応する色の液体ごとに貯留可能に設けられている。図2に示すように、液体タンク34は、液体噴射ヘッド1に供給および液体噴射ヘッド1から排出する液体を貯留する。
なお、本実施形態は、移動機構40がキャリッジユニット43と被記録媒体44を移動させて記録する液体噴射装置30であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を2次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッド1と被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。
続いて、第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1について説明する。
図3は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1の分解斜視図である。
図4は、第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1の説明図であり、図4(a)は、吐出チャネル6aの長手方向に沿った側面断面図であり、図4(b)は、非吐出チャネル6bの長手方向に沿った側面断面図であり、図4(c)は、ダミーチャネル6cの長手方向に沿った側面断面図である。なお、図3および図4において、では、分かりやすくするために、駆動電極12にハッチングを施して図示している。
図5は、図3のA−A線に沿った断面図である。
図3に示すように、第一実施形態の液体噴射ヘッド1は、アクチュエータ基板2と、カバープレート3と、ノズルプレート4と、ノズルガード25と、を備えている。
カバープレート3は、チャネル列6の第二主面S2側の開口7を覆うようにアクチュエータ基板2に設置されている。カバープレート3は、各チャネル6a,6b,6cの長手方向の一方側に、吐出チャネル6aおよびダミーチャネル6cに液体を供給する液体供給室9を有し、各チャネル6a,6b,6cの長手方向の他方側に、吐出チャネル6aおよびダミーチャネル6cから液体を排出する液体排出室10を有する。
ノズルプレート4は、吐出チャネル6aに連通する吐出用ノズル孔11、およびダミーチャネル6cに連通するダミーノズル孔18を備え、チャネル列6の第一主面S1側の開口8を覆うようにアクチュエータ基板2に設置される。
なお、以下の説明では、各チャネル6a,6b,6cが延在する長手方向をX方向とし、液体供給室9が配置される一方側を−X側とし、液体排出室10が配置される他方側を+X側とする。また、長手方向と直交するチャネル列6の配列方向をY方向とし、図3における紙面左側を−Y側とし、図3における紙面右側を+Y側とする。また、X方向およびY方向に直交する方向をZ方向とし、第一主面S1側を−Z側とし、第二主面S2側を+Z側とする。以下では、必要に応じてXYZの直交座標系を用いて説明する。
以下に、液体噴射ヘッド1の各構成部品について、詳細に説明する。
アクチュエータ基板2は、Z方向に分極処理が施された圧電体材料、例えばPZTセラミックス等により、略矩形板状に形成されている。
アクチュエータ基板2のチャネル列6は、吐出チャネル6aと非吐出チャネル6bとが、Y方向に交互に並列に配列されるとともに、Y方向の両側にダミーチャネル6c(図3においては、−Y側のダミーチャネル6cのみ図示)がそれぞれ1本ずつ配列されて形成されている。
図4(a)に示すように、吐出チャネル6aは、−X側および+X側の端部がそれぞれアクチュエータ基板2の−Z側(第一主面S1側)から+Z側(第二主面S2側)に向かって切り上がるように傾斜し、アクチュエータ基板2の−X側端部2aおよびカバープレート3の−X側端部3aよりも+X側の位置から、アクチュエータ基板2の+X側端部2bよりも−X側の位置に亘って形成される。
図4(b)に示すように、非吐出チャネル6bは、+X側の端部が吐出チャネル6aと同様にアクチュエータ基板2の−Z側から+Z側に向かって切り上がるように傾斜する。また、非吐出チャネル6bは、−X側の端部がアクチュエータ基板2の−X側端部2aまで延在しており、−X側端部2aの近傍では、底部にアクチュエータ基板2が残る上げ底部15が形成される。上げ底部15の+Z側面15aは、第一主面S1に対して略平行に形成されるとともに、第一主面S1よりも+Z側に配置される。上げ底部15は、−Z側から+Z側に向かって切り上がるように傾斜するとともに、上げ底部15の+Z側面15aにかけて連続的に形成されている。
図5に示すように、ダミーチャネル6cは、Y方向の内側(図5においては+Y側)に配置された側壁5と、Y方向の外側(図5においては−Y側)に配置されたアクチュエータ基板2の外側壁2Aとにより形成されている。図4(c)に示すように、ダミーチャネル6cの形状は、吐出チャネル6aの形状(図4(a)参照)と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図5に示すように、ダミーチャネル6cに面する側壁5の側面5cおよび外側壁2Aの内側面2cには、コモン電極12aが形成されている。コモン電極12aは、ダミーチャネル6cの側壁5の側面5aおよび外側壁2Aの内側面2cにおける−X側の端部から、+X側の端部よりも−X側の位置に亘って、X方向に沿って延在して略帯状に設置されている。ダミーチャネル6cの側壁5の側面5aおよび外側壁2Aの内側面2cに形成された一対のコモン電極12a,12aは、それぞれ互いに電気的に接続される。
ダミーチャネル6cを形成する外側壁2Aの外側面は、アクチュエータ基板2の外側面2dに相当しており、アクチュエータ基板2の外側に露出している。このため、損傷等を考慮し、アクチュエータ基板2の外側面2dには駆動電極12が形成されていない。
コモン端子16aおよびアクティブ端子16bは、図示しないフレキシブル基板等の配線電極に接続されるランドである。アクティブ端子16bは、吐出チャネル6aを挟む一対の側壁5,5のうち、一方(本実施形態では−Y側)の側壁5の非吐出チャネル6bに面する側面5bに形成されるアクティブ電極12bに電気的に接続される。アクティブ端子16bは、更に、アクチュエータ基板2の−X側端部2aの縁部に沿って形成される配線16cを介して、他方(本実施形態では+Y側)の側壁5の非吐出チャネル6bに面する側面5bに形成されるアクティブ電極12bに電気的に接続される。
カバープレート3は、例えばアクチュエータ基板2と同じ材料であるPZTセラミックス等により、略矩形板状に形成されている。なお、カバープレート3を形成する材料は、PZTセラミックスに限定されることはなく、例えば、マシナブルセラミックスや他のセラミックス、ガラス等の低誘電体材料を用いてもよい。ただし、カバープレート3とアクチュエータ基板2とを同じ材料により形成することにより、熱膨張を等しくすることができるので、温度変化に対する液体噴射ヘッド1の反りや変形を抑制することができる。
また、吐出チャネル6aおよびダミーチャネル6c内の液体は、吸引ポンプ33b(図2参照)により減圧されて第二スリット14bを介して液体排出室10から排出され、液体タンク34(図2参照)内に流入する。したがって、液体噴射ヘッド1の吐出チャネル6aおよびダミーチャネル6c内を通流する液体の液体排出室10側は負圧となっている。また、吐出チャネル6aおよびダミーチャネル6c内の液体を付圧とするために、吸引ポンプ33b(図2参照)の吸引力は、加圧ポンプ33a(図2参照)の加圧力よりも高くなるように設定されている。
ノズルプレート4は、例えばポリイミドやポリプロピレン等の合成樹脂材料や、金属材料等により形成された薄膜状の部材であり、Z方向から見たときに、アクチュエータ基板2の外形に対応した略矩形状に形成されている。
ノズルプレート4は、吐出チャネル6a、非吐出チャネル6bおよびダミーチャネル6cの第一主面S1側の開口8を覆うように、アクチュエータ基板2の第一主面S1に対して、ノズルプレート4の+Z側面4bが例えば接着剤等により接着固定されている。
図6に示すように、吐出用ノズル孔11とダミーノズル孔18とがY方向に沿って並ぶことにより、ノズル列20が形成されている。本実施形態においては、Y方向の両端にそれぞれダミーノズル孔18(−Y側のダミーノズル孔18aおよび+Y側のダミーノズル孔18b)が設けられ、Y方向の両端に形成されたダミーノズル孔18a,18bの間に複数の吐出用ノズル孔11が設けられてノズル列20が形成されている。
なお、吐出用ノズル孔11およびダミーノズル孔18a,18bを含むノズル列20と、ノズルガード25との位置関係の詳細については後述する。
また、ノズルプレート4の厚さは、例えば0.01mm〜0.1mmに設定されるのが好ましい。ノズルプレート4を0.01mmよりも薄くすると強度が低下し、0.1mmより厚くすると隣り合う吐出用ノズル孔11およびダミーノズル孔18a,18bに振動が伝わってクロストークが発生しやすくなるためである。
また、カバープレート3の材質は、ヤング率が例えば40GPaを下回らないことが好ましく、ノズルプレート4の材質は、例えばヤング率が1.5GPa〜30GPaの範囲にあることが好ましい。ノズルプレート4は、ヤング率が1.5GPaを下回ると被記録媒体に接触したときに傷がつきやすく信頼性が低下し、30GPaを超えると隣り合う吐出用ノズル孔11およびダミーノズル孔18a,18bに振動が伝わってクロストークが発生しやすくなるためである。
図3に示すように、ノズルガード25は、例えばステンレス鋼等の金属材料により形成された薄板状の部材であり、Z方向から見たときに、アクチュエータ基板2およびノズルプレート4の外形に対応した略矩形状に形成されている。ノズルガード25は、例えば0.2mm程度の板厚を有している。
スリット26は、X方向に所定の幅を有している。スリット26のX方向の幅は、例えば、ノズル列20を形成する吐出用ノズル孔11およびダミーノズル孔18a,18bの直径よりも十分広くなるように形成されている。スリット26は、X方向中間部にノズル列20が配置されるように形成されている。また、スリット26は、Y方向に所定の長さを有しており、Y方向の両端部26a,26bがそれぞれ外側に膨出する平面視略半円弧状に形成されている。
加圧ポンプ33aを作動し、液体供給管35aおよび液体供給室9を介して吐出チャネル6aおよびダミーチャネル6cに液体を供給するとともに、吸引ポンプ33bを作動し、吐出チャネル6aおよびダミーチャネル6cから液体排出室10および液体排出管35bを介して液体を排出して、液体噴射ヘッド1と液体タンク34との間で液体を循環させる。
そして、コモン端子16aとアクティブ端子16bとに駆動信号を与えることにより、吐出チャネル6aを形成する一対の側壁5,5をそれぞれ厚みすべり変形させる。このとき、一対の側壁5,5のうち、カバープレート3の本体部3cに対応する領域のZ方向中間部は、例えば吐出チャネル6aの内側に向かって屈曲変形する。これにより、吐出チャネル6a内の液体に圧力波が生成されて、吐出チャネル6aに連通する吐出用ノズル孔11から液体が吐出される。
このとき、ダミーチャネル6cを形成する外側壁2Aの外側面2dには電極が形成されていない。したがって、ダミーチャネル6cの外側壁2Aは、駆動信号を与えても厚みすべり変形できず、駆動不能となっている。これにより、ダミーチャネル6c内の液体は、ダミーノズル孔18から吐出されることなく負圧状態が維持される。
そして、ノズルガード25により保持された残留液は、ノズルガード25の+Z側面25b上におけるダミーノズル孔18と重なる位置、すなわちダミーノズル孔18が吸引可能な位置に到達したとき、ダミーノズル孔18からダミーチャネル6c内に吸引される。ダミーチャネル6c内に吸引された残留液は、液体排出室10および液体排出管35bを介してダミーチャネル6c外に排出されて液体タンク34内に導入され、液体噴射ヘッド1と液体タンク34との間で循環する。
本実施形態によれば、ダミーチャネル6c内には、圧力が負圧とされた状態で液体が供給されるので、ダミーチャネル6c内を負圧状態とすることができる。そして、ダミーチャネル6cと連通するダミーノズル孔18(18a,18b)を備え、ダミーノズル孔18(18a,18b)は、ノズルガード25により保持された残留液を吸引可能な位置に形成されているので、ノズルプレート4に付着した残留液をダミーノズル孔18(18a,18b)からダミーチャネル6c内に吸引できる。したがって、ノズルプレート4に液体が残留するのを防止できるので、ノズルプレート4の残留液による汚染を防止するとともに液体を安定して噴射できる。
図7は、第一実施形態の第一変形例に係る液体噴射ヘッド1の説明図であり、ダミーチャネル6cのX方向に沿った側面断面図である。なお、図7では、分かりやすくするために、駆動電極12にハッチングを施している。
図8は、第一実施形態の第一変形例に係る液体噴射ヘッド1を−Z側から見たときの説明図である。
続いて、第一実施形態の第一変形例に係る液体噴射ヘッド1について説明する。
第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1は、ダミーチャネル6cのX方向の中間部において、ダミーチャネル6cと連通するダミーノズル孔18を備えていた(図4(c)参照)。
これに対して、第一実施形態の第一変形例に係る液体噴射ヘッド1は、図7に示すように、ダミーチャネル6cのX方向の中間部よりも+X側に、ダミーチャネル6cと連通するダミーノズル孔18(図7では、−Y側のダミーノズル孔18aを図示)を備えている点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成部分については詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図8に示すように、ダミーノズル孔18a,18bは、それぞれY方向に沿って一列に並んだ複数の吐出用ノズル孔11よりも、+X側に配置される。ノズルガード25は、ノズル列20のうち、吐出用ノズル孔11をスリット26から外側に露出するとともに、ダミーノズル孔18a,18bを覆うように形成される。
いわゆるスルーフロータイプの液体噴射ヘッド1では、吐出チャネル6aおよびダミーチャネル6c内において液体の供給側(−X側)が正圧とされ、液体の排出側(+X側)が負圧とされることで、液体が吐出チャネル6aおよびダミーチャネル6c内を通流する。第一実施形態の第一変形例によれば、ダミーノズル孔18a,18bは、ダミーチャネル6cのX方向の中間部よりも+X側、すなわち負圧である液体の排出側に配置されているので、より大きな吸引力を確保できる。したがって、残留液をダミーノズル孔18a,18bからダミーチャネル6c内に確実に吸引できる。
図9は、第一実施形態の第二変形例に係る液体噴射ヘッド1を−Z側から見たときの説明図である。
続いて、第一実施形態の第二変形例に係る液体噴射ヘッド1について説明する。
第一実施形態では、ノズルガード25は、ノズル列20のうち、吐出用ノズル孔11をスリット26から外側に露出するとともに、ダミーノズル孔18a,18bを覆うように形成されていた(図6参照)。
これに対して、第一実施形態の第二変形例では、ノズルガード25は、図9に示すように、吐出用ノズル孔11およびダミーノズル孔18a,18bをスリット26から外側に露出するとともに、スリット26の両端部26a,26bの縁部がダミーノズル孔18a,18bの縁部上に配置されている点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成部分については詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
第一実施形態の第二変形例によれば、ノズルガード25のスリット26の縁部をダミーノズル孔18a,18bの縁部上に配置することにより、ノズルガード25のスリット26の縁部に付着した残留液をダミーノズル孔18a,18bから確実に吸引できるので、液体が残留するのを確実に防止できる。とりわけ、ノズルプレート4の液体吐出面4aを走査して残留液を払拭する不図示のワイパーを設けた場合には、ワイパーにより払拭された残留液がスリット26の縁部に付着しやすくなる。したがって、ノズルガード25のスリット26の縁部をダミーノズル孔18a,18b上に配置する本構成は、ワイパーを設けた液体噴射ヘッド1に特に効果的である。
また、ノズルガード25のスリット26は、ダミーノズル孔18a,18bを露出するように形成されているので、ノズルガード25のスリット26内に液体が残留するのを確実に防止できる。
図10は、第二実施形態に係る液体噴射ヘッド201を−Z側から見た図である。
続いて、第二実施形態に係る液体噴射ヘッド201について説明する。
第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1は、液体保持手段としてノズルガード25を備えていた(図3参照)。
これに対して、第二実施形態に係る液体噴射ヘッド201は、図10に示すように、液体保持手段としてノズルプレート204に導入溝225が形成されている点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成部分については詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
−Y側の導入溝225aは、−Y側のダミーノズル孔18aと吐出用ノズル孔11との間に形成されており、+Y側端部が吐出用ノズル孔11から離間され、−Y側端部が−Y側のダミーノズル孔18aに接続されている。
+Y側の導入溝225bは、+Y側のダミーノズル孔18bと吐出用ノズル孔11との間に形成されており、−Y側端部が吐出用ノズル孔11から離間され、+Y側端部が+Y側のダミーノズル孔18bに接続されている。
第二実施形態によれば、液体保持手段をノズルプレート204に形成された導入溝225(225a,225b)とすることで、新たな部材を用いることなく液体保持手段を設けることができる。また、液体保持手段をダミーノズル孔18に接続される導入溝225(225a,225b)とすることで、残留液を容易に保持できるとともに、確実にダミーノズル孔18に吸引させることができる。
また、ノズルプレート4の表面に親水処理を施してもよい。これにより、残留液がノズルプレート4の表面に沿って広がり移動することができるので、残留液をダミーノズル孔18a,18bからダミーチャネル6c内に容易に吸引できる。
Claims (19)
- 複数の吐出用ノズル孔を含むノズル列を有するノズルプレートと、
前記吐出用ノズル孔と連通する吐出チャネルを含むチャネル列が形成されたアクチュエータ基板と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記ノズルプレートに付着した残留液を保持する液体保持手段を備え、
前記チャネル列は、駆動不能なダミーチャネルを含み、
前記ダミーチャネル内には、圧力が負圧とされた状態で液体が供給され、
前記ノズルプレートは、前記ダミーチャネルと連通するダミーノズル孔を備え、
前記ダミーノズル孔は、前記液体保持手段により保持された前記残留液を吸引可能な位置に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記吐出チャネル内に供給された前記液体の圧力が負圧となるように調整する圧力調整手段を備え、
前記ダミーチャネルは、前記吐出チャネルと連通して内部に前記液体が供給されることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1または2に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ダミーチャネルは、前記チャネル列の配列方向の両端に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項3に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ダミーチャネルは、前記チャネル列の配列方向の両端に複数設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ダミーノズル孔の直径は、前記吐出用ノズル孔の直径と略同一となるように形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記液体保持手段は、前記ノズルプレートの液体吐出面に配設され、少なくとも前記吐出用ノズル孔を露出させるスリットが形成されたノズルガードであることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項6に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズルガードは、前記ダミーノズル孔を覆うように配設されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項6に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズルガードの前記スリットは、前記ダミーノズル孔を露出するように形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項8に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズルガードの前記スリットの縁部は、前記ダミーノズル孔の縁部上に配置されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項6から9のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズルガードは、ステンレス鋼により形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記液体保持手段は、前記ノズルプレートに形成されて、前記ダミーノズル孔に接続される導入溝であることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項6から10のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
第二の液体保持手段をさらに備え、
前記第二の液体保持手段は、前記ノズルプレートおよび前記ノズルガードの少なくともいずれか一方に形成されて、前記ダミーノズル孔に接続される導入溝であることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズルプレートは、ポリイミドを主成分とした樹脂材料により形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記液体は、前記ダミーチャネルの長手方向の一方側から供給され、前記長手方向の他方側から排出されることで前記ダミーチャネル内を通流し、
前記ダミーノズル孔は、前記ダミーチャネルの長手方向の中間部に配置されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記液体は、前記ダミーチャネルの長手方向の一方側から供給され、前記長手方向の他方側から排出されることで前記ダミーチャネル内を通流し、
前記ダミーノズル孔は、前記ダミーチャネルの長手方向の中間部よりも前記他方側に配置されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から15いずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記チャネル列は、前記吐出チャネルと非吐出チャネルとが交互に配列することにより形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から16のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズルプレートの表面は、撥水処理されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1から16のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記ノズルプレートの表面は、親水処理されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、
を備える液体噴射装置。
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