JP6333586B2 - 液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置 - Google Patents
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Description
この構成によれば、フレキシブル基板及び引き出し電極を介して駆動電極に電圧を印加すると、隔壁が変形することで、チャネル内の圧力が高まり、チャネル内に収容されたインクがノズル孔を通して吐出されるようになっている。
また、特許文献1の構成のように、各チャネル内にインクが収容され、各チャネルから順次インクが吐出される、いわゆる3サイクル方式のインクジェットヘッドでは、水性インク等の導電性を有するインクを用いると、インクを介して各駆動電極間が短絡する。したがって、特許文献1の構成では、多様なインクには対応することができず、利便性を向上させる点で改善の余地があった。
本発明に係る液体噴射ヘッドは、ベースプレートと、前記ベースプレートの第1主面上及び第2主面上に各別に配設され、液体を噴射する第1アクチュエータ部及び第2アクチュエータ部と、前記第1アクチュエータ部及び前記第2アクチュエータ部に各別に形成され、前記第1アクチュエータ部及び前記第2アクチュエータ部をそれぞれ駆動させる第1駆動電極及び第2駆動電極と、前記ベースプレートの前記第1主面上において、前記第1駆動電極に電気的に接続された第1引き出し電極と、前記ベースプレートの前記第2主面上において、前記第2駆動電極に電気的に接続された第2引き出し電極と、を備え、前記第2引き出し電極は、前記ベースプレートに形成された貫通孔を通して前記第1主面上に引き出されていることを特徴としている。
この構成によれば、各プレート間において、第1貫通孔及び第2貫通孔を同等のピッチで配列することで、各プレートを接合する際に、第1貫通孔及び第2貫通孔を位置合わせの基準として使用することができる。その結果、構成の簡素化を図った上で、各プレートの第1貫通孔及び第2貫通孔同士を確実に連通させることができ、第2引き出し電極をベースプレートの第1主面上に確実に引き出すことができる。
この構成によれば、第1主面上において、第1引き出し電極、及び第2引き出し電極間での短絡を抑制し、電気的信頼性を確保できる。また、電極パターンの複雑化を抑制できる。
この構成によれば、例えば駆動電極や引き出し電極をめっきにより形成する場合において、ベースプレートのうち、電極形成領域にはアンカー効果によってめっき被膜を析出させ、非形成領域にはめっき被膜が析出しないように設定できる。
この場合、ベースプレートのうち、少なくともダミーチャネルを画成する部分(すなわち、ダミーチャネルの底面を構成する部分)を非形成領域とすることで、ダミーチャネルを画成する部分にはめっき被膜が析出されないことになる。そのため、個別電極をめっきにより形成する場合に、ダミーチャネルの内面のうち、側壁面(チャネルブロックの対向面)のみにめっき被膜を析出させ、底面(ベースプレートのうち、チャネルブロック間に位置する部分)にめっき被膜が析出されないように設定できる。これにより、例えばダミーチャネルの底面に析出しためっき被膜をレーザ等の後加工により除去する必要がないので、製造コストの削減や、後工程で発生するゴミを削減できるとともに、ダミーチャネルの側壁面に形成された個別電極が底面を介して短絡するのを確実に抑制できる。
この構成によれば、ベースプレートがガラス材料により構成されているため、非形成領域の表面粗さを小さく抑えることができる。この場合、例えば駆動電極や引き出し電極をめっきにより形成する場合に、非形成領域にめっき被膜が形成されるのを抑制できる。その結果、めっき被膜の形成後のパターニング工程が不要になり、製造工程の効率化を図ることができるとともに、低コスト化を図ることができる。
この構成によれば、上記本発明の液体噴射ヘッドを備えているため、高密度記録に対応できるとともに、信頼性に優れた液体噴射装置を提供できる。
図1は、プリンタ1の斜視図である。
図1に示すように、プリンタ1は、紙等の被記録媒体Sを搬送する一対の搬送機構(移動機構)2,3と、被記録媒体Sにインク滴を噴射するインクジェットヘッド4と、インクジェットヘッド4にインクを供給するインク供給手段5と、被記録媒体Sの搬送方向(主走査方向)と直交する方向(副走査方向)にインクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)4を走査させる走査手段6と、を備えている。
駆動機構17は、一対のガイドレール14,15の間に配置され、X方向に間隔をあけて配置された一対のプーリ18と、これら一対のプーリ18の間に巻回されてX方向に移動する無端ベルト19と、一方のプーリ18を回転駆動させる駆動モータ20と、を備えている。
次に、上述したインクジェットヘッド4について詳述する。図2は、インクジェットヘッド4の斜視図である。なお、上述した各インクジェットヘッド4は、供給されるインクの色以外は何れも同一の構成からなるため、以下の説明では、一のインクジェットヘッド4について説明する。
図2に示すように、インクジェットヘッド4は、キャリッジ16に固定される固定プレート21と、この固定プレート21上に固定された吐出部22と、インク供給手段5から供給されるインクを、吐出部22の後述する共通インク室63にさらに供給するインク供給部23と、吐出部22に駆動電圧を印加するヘッド駆動部24と、を備えている。
なお、これら流路部材26、圧力緩衝器27及びインク連結管28により、上述したインク供給部23を構成している。
そして、これら制御回路31が搭載されたIC基板32、及びフレキシブルプリント基板33により、上述したヘッド駆動部24を構成している。
続いて、吐出部22について詳細に説明する。図3は吐出部22をZ方向の一方側から見た分解斜視図である。図4は、吐出部22を第1ヘッドチップ40A側から見た斜視図である。図5は、吐出部22を第2ヘッドチップ40B側から見た斜視図である。図6は、図3のA−A線に相当する断面図である。図7は、図4のB−B線に沿う断面図である。
図3〜図7に示すように、本実施形態の吐出部22は、複数のノズル孔(第1ノズル孔95a及び第2ノズル孔96a)からなるノズル列95,96が二列に亘って形成された二列タイプの吐出部22である。具体的に、吐出部22は、X方向に積層された第1ヘッドチップ40A及び第2ヘッドチップ40Bと、第1ヘッドチップ40A及び第2ヘッドチップ40Bにまとめて固定されたノズルプレート44と、を備えている。なお、以下の説明では、Z方向のうち、ノズルプレート44側を前側といい、ノズルプレート44とは反対側を後側という。また、各ヘッドチップ40A,40Bは、後述する吐出チャネル51aからインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプとされている。
第1ヘッドチップ40Aは、第1ベースプレート(ベースプレート,第1プレート)41、第1アクチュエータプレート(第1アクチュエータ部)42、及び第1カバープレート43を備えている。
第1ベースプレート41は、例えばガラス等の誘電体により構成されている。
具体的に、複数のチャネル51a,51bは、インクが充填される吐出チャネル(噴射チャネル)51aと、インクが充填されないダミーチャネル51bと、に大別される。そして、これら吐出チャネル51aとダミーチャネル51bとは、Y方向に交互に並んで配置されている。
スリット64は、共通インク室63のうち、吐出チャネル51aに対応する位置に形成されている。具体的に、スリット64はZ方向に所定の長さを有しており、Z方向において、スリット64の後端縁は吐出チャネル51aの後端縁(吐出チャネル51aのエンベロープ形状の終点)に一致している(図6参照)。これにより、共通インク室63内のインクを吐出チャネル51a内に導入させ、かつダミーチャネル51b内への導入を規制するように構成されている。なお、上述した具体的なスリット64の配置により、吐出チャネル51aの後端側でインクが淀まないので、吐出チャネル51aの内部に気泡が溜まることを防止することができる。
メイン配線68は、第1カバープレート43において、第1アクチュエータプレート42の溝部62とX方向で重なる部分に形成され、Y方向に沿って延びる帯状とされている。なお、メイン配線68は、第1アクチュエータプレート42における一対の外側ブロック54間を架け渡すように、第1カバープレート43のY方向におけるほぼ全体に亘って形成されている。また、接続配線65の幅(Z方向における幅)は、例えば溝部62の幅よりも狭くなっており、第1アクチュエータプレート42から離間している。
グランド接続部67は、メイン配線68におけるY方向の両端部から後側に向けて延在しており、その後端部が外側ブロック54の一方の主面42a上において、対応するグランド端子61にそれぞれ接続されている。
第1グランド引き出し電極72は、その前端部が対応するグランド端子61にそれぞれ接続され、後端部がベースプレート41における後端縁に近接する位置まで引き出されている。なお、図示の例において、第1個別引き出し電極71のY方向における幅は、中央ブロック53の幅よりも狭くなっており、グランド引き出し電極72のY方向における幅は、外側ブロック54と同等になっている。
第2ヘッドチップ40Bは、第2ベースプレート(ベースプレート、第2プレート)81、第2アクチュエータプレート(第2アクチュエータ部)82、及び第2カバープレート83を備えている。なお、第2ヘッドチップ40Bのうち、上述した第1ヘッドチップ40Aと同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第1ヘッドチップ40A及び第2ヘッドチップ40Bは、各ベースプレート41,81の他方の主面41b,81b同士が接合されることで、X方向で積層されている。すなわち、本実施形態の吐出部22は、第1ベースプレート41及び第2ベースプレート81に対してX方向の両側に、第1アクチュエータプレート42及び第2アクチュエータプレート82がそれぞれ配設されている。
そして、各個別用貫通孔84の内面には、ベースプレート41,81をX方向に貫通する貫通部86がめっき被膜120により形成されている。
第2ノズル列96は、ノズルプレート44をZ方向に貫通する複数の第2ノズル孔96aを有し、上述した第1ノズル列95と平行に配設されている。各第2ノズル孔96aは、上述した第2アクチュエータプレート82の吐出チャネル51a内に連通している。したがって、各ダミーチャネル51bは、ノズル孔95a,96aには連通しておらず、ノズルプレート44により前側から覆われている。
次に、上述したインクジェットヘッド4の動作方法について説明する。
インクジェットヘッド4では、フレキシブルプリント基板33を介して駆動電極55〜58に駆動電圧が印加されることで、吐出チャネル51aを画成する2つの駆動壁が圧電滑り効果によりダミーチャネル51b側へ突出するように変形する。すなわち、本実施形態のアクチュエータプレート42,82は、厚さ方向(X方向)に分極処理された2枚のプレートが積層されているため、駆動電圧を印加することで、駆動壁のX方向中間位置を中心にしてV字状に屈曲変形する。これにより、吐出チャネル51aがあたかも膨らむように変形する。
これにより、駆動壁が復元し、一旦増大した吐出チャネル51aの容積が元の容積に戻る。この動作によって、吐出チャネル51aの内部の圧力が増加し、インクが加圧される。その結果、インクをノズル孔95a,96aから吐出させることができる。この際、インクはノズル孔95a,96aを通過する際に、液滴状のインク滴となって吐出される。
次に、上述したインクジェットヘッド4の製造方法について説明する。図8は、インクジェットヘッド4の製造方法を説明するためのフローチャートである。図9〜図20は、インクジェットヘッド4の製造方法を説明するための説明図であって、図9〜図17は断面図、図18〜図20は斜視図である。なお、図11〜図14及び図18〜図20において、(a)は第1ヘッドチップ40A側を、(b)は第2ヘッドチップ40B側を示している。また、図11〜図17に示す断面図では、便宜上、ベースプレート41,81において貫通孔84,91を通る断面と、アクチュエータプレート42,82において吐出チャネル51aを通る断面と、をまとめて示している。
図8に示すように、本実施形態におけるインクジェットヘッド4の製造方法は、第1工程(S1)、第2工程(S2)、及び第3工程(S3)を有している。
第1工程(S1)では、ベースプレート41,81、アクチュエータプレート42,82、及びカバープレート43,83に対して、接合する前の下準備を行う。なお、第1工程(S1)では、ベースプレート41,81、アクチュエータプレート42,82、及びカバープレート43,83それぞれの工程を、並行して行うことが可能である。また、以下の説明では、第1ヘッドチップ40A側及び第2ヘッドチップ40B側で同一の工程については、まとめて説明する。
続いて、カバープレート43,83に対してサンドブラスト等を施すことで、カバープレート43,83に共通インク室63及びスリット64を形成する(S15:共通インク室形成工程)。
図11、図18に示すように、第2工程(S2)では、まず各ベースプレート41,81及び各アクチュエータプレート42,82同士をそれぞれ貼り合わせる(S21:アクチュエータプレート接合工程)。このとき、アクチュエータプレート42,82の後端面と、ベースプレート41,81における駆動電極55〜58の形成領域(図18中のドット領域)の前端縁と、がZ方向で一致するように両プレート41,42、及び81,82をそれぞれ位置合わせした後、接着剤等を用いて両プレート41,42、及び81,82を貼り合せる。なお、両プレート41,42、及び81,82の位置合わせは、アクチュエータプレート42,82の後端面と、ベースプレート41,81における駆動電極55〜58の形成領域の前端縁と、がZ方向で離間しなければ構わない。すなわち、アクチュエータプレート42,82の後端面と、ベースプレート41,81における駆動電極55〜58の形成領域の前端縁と、がZ方向でラップするように両プレート41,42、及び81,82を位置合わせしても構わない。またこのとき、図11(a)、図18(a)に示すように、第1ベースプレート41及び第1アクチュエータプレート42は、Y方向において、凹部103と貫通孔84a,91aと同等の位置になるように位置合わせする。一方、図11(b)、図18(b)に示すように、第2ベースプレート81及び第2アクチュエータプレート82は、Y方向において、凹部103間に貫通孔84b,91bが位置するように位置合わせする。
図15に示すように、第3工程では、まず第1ベースプレート41及び第1アクチュエータプレート42の第1接合体110Aと、第2ベースプレート81及び第2アクチュエータプレート82の第2接合体110Bと、のベースプレート41,81同士を貼り合わせる(S31:貼り合わせ工程)。具体的には、各ベースプレート41,81間で対応する貫通孔84a,84b,91a,91b同士が連通するように、各ベースプレート41,81を貼り合わせる。これにより、各接合体110A,110B間において、吐出チャネル51a同士が千鳥状に配置された状態で、各接合体110A,110Bが貼り合わされる。
電極形成工程(S32)では、まず接合体110A,110Bのうち、駆動電極55〜58、グランド端子61及び引き出し電極71,72,80,90が形成される電極形成領域に対して触媒を付与する。具体的には、まず接合体110A,110Bを、塩化第1錫水溶液に浸漬させ、接合体110A,110Bの表面に塩化第1錫を吸着させるセンシタイジング処理を行う。
続いて、接合体110A,110Bを水洗等により軽く洗浄する。その後、接合体110A,110Bを、塩化パラジウム水溶液に浸漬させ、接合体110A,110Bの表面に塩化パラジウムを吸着させる。すると、接合体110A,110Bの表面に吸着した塩化パラジウムと、上述したセンシタイジング処理で吸着した塩化第1錫との間で酸化還元反応が生じることで、触媒として金属パラジウムが析出される(アクチベーティング処理)。
なお、本実施形態では、上述したようにカバープレート43,83のX方向から見た平面視外形が、アクチュエータプレート42,82全体のX方向から見た平面視外形に一致しているため、各プレート42,43及び82,83の端面同士を面一に位置合わせするだけで、上述した各種の位置合わせが自動的に完了することになる。
最後に、第1ベースプレート41の一方の主面41a上にフレキシブルプリント基板33を接続する。これにより、フレキシブルプリント基板33の配線パターンが、ベースプレート41の一方の主面41a上に形成された第1引き出し電極71,72、及び第2個別引き出し電極80のランド部87に電気的に接続される。
そして、このように構成された吐出部22がキャリッジ16に搭載されることで、本実施形態のインクジェットヘッド4が完成する。
この構成によれば、第1ベースプレート41の一方の主面41a上にフレキシブルプリント基板33を接続するだけで、各ヘッドチップ40A,40Bとフレキシブルプリント基板33との電気的導通を確保することができる。したがって、従来のように各ヘッドチップ40A,40Bに別々のフレキシブルプリント基板33を接続する構成に比べて、部品点数の削減、及び構成の簡素化を図った上で、高密度記録を実現することができる。
また、上述した実施形態では、インクジェットヘッド4が複数搭載された複数色用のプリンタ1について説明したが、これに限られない。例えば、インクジェットヘッド4が一つの単色用のプリンタ1としても構わない。
さらに、上述した実施形態では、アクチュエータプレート42,82が接合されたベースプレート41,81同士を接合して、二列タイプの吐出部22を構成した場合について説明したが、これに限られない。例えば、一枚のベースプレートに対して、厚さ方向の両側にアクチュエータプレートがそれぞれ配設されてなる吐出部を採用しても構わない。
この構成によれば、各第1引き出し電極71,72、及び第2引き出し電極80のランド部87間の間隔が、後側に向かうに従い広がるので、各第1引き出し電極71,72、及び第2引き出し電極80のランド部87間での短絡を抑制し、電気的信頼性を確保できる。また、電極パターンの複雑化を抑制できる。
なお、第1引き出し電極71,72、及び第2引き出し電極80のランド部87を、後側に向かうに従いY方向の外側に向けて延在させることで、各第1引き出し電極71,72、及び第2引き出し電極80のランド部87の幅を増大させることも可能である。
さらに、各ベースプレート41,81間において、対応する個別用貫通孔84a,84b同士、及びグランド用貫通孔91a,91b同士は、少なくとも一部が連通していれば構わない。すなわち、本実施形態では、貫通孔形成工程(S12)において、他方の主面41b,81bが研削により粗面化されることで、めっき被膜120が形成可能となる。したがって、対応する個別用貫通孔84a,84b同士、及びグランド用貫通孔91a,91b同士において、少なくとも一部が連通していれば、ベースプレート41,81の他方の主面41b、81b上に形成されるめっき被膜120を通じて貫通部86,93が形成される。
2,3…搬送機構(移動機構)
4,4Y,4M,4C,4B…インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
41…第1ベースプレート(ベースプレート、第1プレート)
41a…一方の主面(第1主面)
42…第1アクチュエータプレート(第1アクチュエータ部)
51a…吐出チャネル(噴射チャネル)
51b…ダミーチャネル
53…中央ブロック(チャネルブロック)
55…共通電極(第1駆動電極、第2駆動電極)
56…共通端子(第1駆動電極、第2駆動電極)
57…個別電極(第1駆動電極、第2駆動電極)
58…個別端子(第1駆動電極、第2駆動電極)
71…第1個別引き出し電極(第1引き出し電極)
72…第1グランド引き出し電極(第1引き出し電極)
80…第2個別引き出し電極(第2引き出し電極)
81…第2ベースプレート(第2プレート)
81a…一方の主面(第2主面)
82…第2アクチュエータプレート(第2アクチュエータ部)
84…個別用貫通孔(貫通孔)
84a…第1貫通孔
84b…第2貫通孔
90…第2グランド引き出し電極(第2引き出し電極)
91…グランド用貫通孔(貫通孔)
91a…第1貫通孔
91b…第2貫通孔
S…被記録媒体
Claims (6)
- ベースプレートと、
前記ベースプレートの第1主面上及び第2主面上に各別に配設され、液体を噴射する第
1アクチュエータ部及び第2アクチュエータ部と、
前記第1アクチュエータ部及び前記第2アクチュエータ部に各別に形成され、前記第1
アクチュエータ部及び前記第2アクチュエータ部をそれぞれ駆動させる第1駆動電極及び
第2駆動電極と、
前記ベースプレートの前記第1主面上において、前記第1駆動電極に電気的に接続され
た第1引き出し電極と、
前記ベースプレートの前記第2主面上において、前記第2駆動電極に電気的に接続され
た第2引き出し電極と、を備え、
前記第2引き出し電極は、前記ベースプレートに形成された貫通孔を通して前記第1主
面上に引き出されている、
液体噴射ヘッドにおいて、
前記第1アクチュエータ部の前記第1主面に接続された外部配線をさらに備え、
前記外部配線を介して、前記第1の駆動電極及び前記第2の駆動電極を、前記第1アクチュエータ部及び前記第2アクチュエータ部を駆動させる制御回路に電気的に接続させる、
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記ベースプレートは、
前記第1アクチュエータ部が固定された第1プレートと、
前記第2アクチュエータ部が固定されるとともに、前記第1プレートに接合された第2プレートと、を備え、
前記貫通孔は、
前記第1プレートに形成された複数の第1貫通孔と、
前記第2プレートに形成され、前記第1貫通孔と同等のピッチで配列されるとともに、前記第1貫通孔に各別に連通する複数の第2貫通孔と、を備えていることを特徴とする請求項1記載の液体噴射ヘッド。 - 前記第1引き出し電極及び前記第2引き出し電極の間隔は、前記第1主面上において、前記第1アクチュエータ部から離間するに従い広がっていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の液体噴射ヘッド。
- 前記第1アクチュエータ部及び前記第2アクチュエータ部は、間隔をあけて並設された複数のチャネルブロックを各別に備え、
前記チャネルブロックには、液体が充填される噴射チャネルが形成されるとともに、隣り合う前記チャネルブロック間及び前記ベースプレートにより画成された部分は、液体が充填されないダミーチャネルを構成し、
前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極は、前記ダミーチャネル内面のうち、前記ベースプレートにより画成された部分を回避するとともに、前記隣り合うチャネルブロックの対向面に形成された個別電極を各別に備え、
前記ベースプレートは、
前記第1引き出し電極及び前記第2引き出し電極が形成された電極形成領域と、
少なくとも前記ダミーチャネルを画成する部分を含むとともに、前記電極形成領域よりも表面粗さが小さい非形成領域と、を有していることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記ベースプレートは、ガラス材料からなることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1から請求項5の何れか1項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、を備えていることを特徴とする液体噴射装置。
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