JP6371639B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Description
この方式は、インク滴をタンクから供給管を介して液体噴射ヘッドに供給し、チャネルに充填したインク滴をチャネルに連通するノズルから吐出させる。インク滴の吐出の際は、ノズルから吐出されたインク滴を記録する被記録媒体を移動させて、文字や図形を記録する。
従って、消費電力の増加や発熱を抑制しつつ、駆動壁の変形量を大きくすることについて改善の余地があった。
本発明の第1の態様に係る液体噴射ヘッド(b)は、第1圧電基板と第2圧電基板とを積層して形成される圧電プレートと、前記圧電プレートの一方の主面上に配置されると共に、インクが供給される共通インク室が形成されるカバープレートと、前記圧電プレートに形成され、前記圧電プレートの一方の主面側に開口し、且つ、前記圧電プレートの厚さ方向に直交する方向に間隔をあけて並んだ複数の溝部と、前記複数の溝部の内壁面上にそれぞれ形成されると共に、前記圧電プレートの一方の主面上にパターン形成される電極と、少なくとも前記共通インク室と平面視で重なる領域において前記圧電プレートと前記電極との間に形成される絶縁膜と、を備え、前記電極は、無電解メッキによって析出された金属被膜により形成され、前記圧電プレートのうち前記電極が形成される電極形成領域の面粗度は、前記圧電プレートのうち前記電極が形成されない電極非形成領域の面粗度よりも大きいことを特徴とする。
[プリンタ]
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4を走査させる走査手段6とを備える。
尚、インクタンク10は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(B)の4種類のインクを収容するインクタンク10Y,10M,10C,10Bに限らず、更に多色のインクを収容するインクタンクを備えてもよい。
駆動機構17は、一対のガイドレール15の間に配置されると共にX方向に間隔をあけて配置される一対のプーリ18と、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とを備える。
次に、インクジェットヘッド4について詳細に説明する。
図2は、インクジェットヘッド4の斜視図である。尚、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を有するため、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。
尚、これら流路部材31、圧力緩衝器32及びインク連結管33により、上記インク供給部27を構成している。
尚、これら制御回路35が搭載されたIC基板36、及びフレキシブル基板37により、上記ヘッド駆動部28を構成している。
続いて、ヘッドチップ26について詳細に説明する。
図3はヘッドチップ26の斜視図であり、図4はヘッドチップ26の分解斜視図である。
図3及び図4に示すように、ヘッドチップ26は、アクチュエータプレート40(圧電プレート)と、カバープレート41と、支持プレート42と、ノズルプレート43とを備える。ヘッドチップ26は、後述する吐出チャネル45Aの長手方向端部に臨むノズル孔43a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る。
尚、以下の説明では、Z方向のうち、ノズルプレート43側(一方側)を前側といい、ノズルプレート43とは反対側(他方側)を後側という。又、アクチュエータプレート40の側面のうち、ノズルプレート43に対向する側面を前端面40aといい、前端面40aとはZ方向の反対側に位置する側面を後端面40bという。
図5及び図6に示すように、アクチュエータプレート40の一方の主面(カバープレート41が重なる面)40cには、Y方向に所定の間隔をあけて並んだ複数のチャネル45(溝部)が形成される。複数のチャネル45は、一方の主面40c側に開口した状態で第2方向L3に沿って直線状に延びるチャネルであり、長手方向の一方側がアクチュエータプレート40の前端面40a側に開口する。複数のチャネル45の間には、断面矩形状でZ方向に延びる駆動壁46が形成され、駆動壁46によって各チャネル45はそれぞれ区分けされる。
吐出チャネル45Aは、アクチュエータプレート40の後端面40b側に開口することなく、前端面40a側にだけ開口するように形成される。一方、ダミーチャネル45Bは、アクチュエータプレート40の前端面40a側だけでなく、後端面40b側にも開口するように形成される。
尚、各共通端子51はそれぞれ電気的に独立するようにパターン形成される。
個別端子53は、一方の主面40c上において、共通端子51よりも後端面40b側に離間した位置でY方向に延びることで、個別電極52同士をブリッジ状に繋ぐように形成される。
ノズルプレート43は、例えばポリイミド等のフィルム材により形成されるシートである。尚、ノズルプレート43における被記録媒体Sに対向する対向面には、例えばインクの付着等を防止するための撥水膜(不図示)がコーティングされる。
一方、Z方向において、共通インク室41aの前端縁41fは、吐出チャネル45Aの駆動領域A1と非駆動領域A2との境界線BLに一致することが好ましいが、一致しなくてもかまわない。
尚、本実施形態において、「表面粗さRa」とは、JIS B0601に規格化されている算術平均粗さRaの数値である。
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。
図2、図5及び図6に示すように、インクジェットヘッド4では、フレキシブル基板37を介して電極50,52に駆動電圧が印加されることで、吐出チャネル45Aを画成する2つの駆動壁46が圧電滑り効果によりダミーチャネル45B側へ突出するように変形する。即ち、本実施形態のアクチュエータプレート40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したシェブロン方式を用いているため、駆動電圧を印加することで、駆動壁46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45Aがあたかも膨らむように変形する。
これにより、駆動壁46が復元し、一旦増大した吐出チャネル45A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45A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43aから吐出させることができる。この際、インクはノズル孔43aを通過する際に、液滴状のインク滴となって吐出される。
尚、複数のチャネル45が吐出チャネル45Aとダミーチャネル45Bとを含む構成に限らず、複数のチャネル45がダミーチャネル45Bを含まない構成としてもよい。
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10は、インクジェットヘッド4の製造方法のフローチャートである。
図10に示すように、インクジェットヘッド4の製造方法は、アクチュエータプレート40に感光性ドライフィルム60(レジスト)を所定のパターンに形成するレジスト形成工程S1と、アクチュエータプレート40に複数のチャネル45を形成するチャネル形成工程S2(溝部形成工程)と、第1エッチング液を用いてアクチュエータプレート40の表面を粗面化する第1エッチング処理工程S5と、電極形成領域AEのうち駆動領域A1以外の領域に絶縁膜56を形成する絶縁膜形成工程S6と、第2エッチング液を用いて感光性ドライフィルム60を除去すると共に絶縁膜56の表面を粗面化する第2エッチング処理工程S7と、無電解メッキによりアクチュエータプレート40に電極50,52を形成する無電解メッキ工程S9と、カバープレート41を加工する工程と、支持プレート42を加工する工程と、ノズルプレート43を加工する工程と、これらを一体に組み合わせる工程とを含む。
ここでは、主にアクチュエータプレート40に関連する工程について、図10に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
次に、図10及び図11〜図14に示すように、アクチュエータプレート40の一方の主面40c上にレジストとして感光性ドライフィルム60を貼り付ける(レジスト形成工程S1)。レジスト形成工程S1では、フォトリソグラフィ技術を用い、感光性ドライフィルム60に対して露光、現像を行い、感光性ドライフィルム60を所定のパターンに形成する。具体的には、アクチュエータプレート40のうち電極非形成領域に、感光性ドライフィルム60をパターニングする。
一方、ダミーチャネル45Bを、図14に示すように、アクチュエータプレート40の前端面40a側だけでなく、後端面40b側にも開口するように形成する。又、ダミーチャネル45Bにおける底壁面46bを、Z方向と平行な直線状に形成する。
又、チャネル45を形成する際、ダイシングブレードによる切削加工に限定されず、プレス加工やエッチング加工等により形成してもよい。
次に、図10及び図15〜図18に示すように、アクチュエータプレート40の表面を粗面化してアンカー効果を持たせる第1エッチング処理を行う(第1エッチング処理工程S5)。第1エッチング処理工程S5では、第1エッチング液を用いて電極形成領域AEにおけるアクチュエータプレート40の表面を粗面化する。具体的には、アクチュエータプレート40を水洗いした後、アクチュエータプレート40を、例えば株式会社ワールドメタル製「PT−1」(酸化フッ化アンモニウム1.5w%+硝酸8.5w%+水90w%、pH=2)に、10〜20秒程度、浸漬することで行う。
次に、図10及び図19〜図22に示すように、電極形成領域AEのうち駆動領域A1以外の領域に絶縁膜56を形成する(絶縁膜形成工程S6)。
次に、図10及び図23〜図26に示すように、絶縁膜56の表面を粗面化してアンカー効果を持たせる第2エッチング処理を行う(第2エッチング処理工程S7)。第2エッチング処理工程S7では、第1エッチング液とは異なる第2エッチング液を用いて、感光性ドライフィルム60を除去すると共に絶縁膜56の表面を粗面化する。具体的には、アクチュエータプレート40を水洗いした後、アクチュエータプレート40を、水酸化ナトリウム(NaOH)等のアルカリ性溶剤に浸漬することで行う。
上記第1エッチング処理工程S5及び第2エッチング処理工程S7により、アクチュエータプレート40のうち電極形成領域AEが選択的に粗面化される。
次に、図10及び図27〜図30に示すように、無電解メッキにより、アクチュエータプレート40に対して、共通電極50、個別電極52、共通端子51及び個別端子53の各電極を形成する工程を行う(無電解メッキ工程S9)。
具体的には、所定の水溶液への浸漬によりアクチュエータプレート40に触媒を付与し、アクチュエータプレート40のうち前記触媒が付与された部分に金属被膜M(メッキ金属)を析出させることで、共通電極50、個別電極52、共通端子51及び個別端子53の各電極を形成する。
続いて、アクチュエータプレート40を水洗等により軽く洗浄する。その後、アクチュエータプレート40を、塩化パラジウム水溶液に浸漬させ、アクチュエータプレート40の表面に塩化パラジウムを吸着させる。すると、アクチュエータプレート40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)。
尚、この段階では、ダミーチャネル45Bの内壁面全体に個別電極52が形成されている。その後、レーザ加工又はダイシング加工等を行うことで、ダミーチャネル45Bの内壁面のうち底壁面46b上に形成されている部分をZ方向に沿ってライン状に除去することで、分断する(分断工程)。これにより、図6に示すように、個別電極52を、ダミーチャネル45Bの内壁面のうちY方向に対向する一対の側壁面46a上に電気的に切り離して形成することができる。
そして、このように構成されたヘッドチップ26をキャリッジ16に搭載することで、本実施形態のインクジェットヘッド4の製造が終了する。
本実施形態に係るインクジェットヘッド4によれば、少なくとも共通インク室41aと平面視で重なる領域においてアクチュエータプレート40と電極50,52との間に絶縁膜56が形成されるので、配線部が電荷を保持することを回避することができ、消費電力の増加や発熱を抑制することができる。又、アクチュエータプレート40が第1アクチュエータプレート40Aと第2アクチュエータプレート40Bとを積層して形成されるので、駆動電圧を印加することで第1アクチュエータプレート40A及び第2アクチュエータプレート40B両方のプレートを駆動させることができる。そのため、アクチュエータプレートが1枚のプレートにより形成される場合と比較して、駆動壁を大きく変形させることができる。従って、消費電力の増加や発熱を抑制しつつ、駆動壁の変形量を大きくすることができる。
尚、上述した無電解メッキ工程S9で使用する電極金属としては、特に限定されるものではない。例えば、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Cu(銅)、Al(アルミニウム)等が挙げられ、特にNiを用いることが好ましい。
又、無電解メッキとしては、例えばNi−PメッキやNi−Bメッキ等が挙げられ、特にNi−Bメッキが好ましい。Ni−Bメッキの場合、B含有量は通常1%以下であるので、Ni−PよりNi含有量が多く、電気抵抗が低く、且つ電気接続性が良いためである。
このようにすることで、無電解メッキの際に発生する気泡を除去し易くなり、この気泡に起因する密着不良や表面のざらつき等のメッキ不良を抑制することができる。
[インクジェットヘッドの製造方法]
図31及び図32は第2実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法の一工程図であって、図31は切削工程前の前側面図、図32は切削工程後の前側面図である。
上記第1実施形態では、ダミーチャネル45Bの内壁面全体に形成された個別電極52を電気的に切り離す方法としてレーザ加工又はダイシング加工等を行っていた。これに対し、第2実施形態では、切削加工を行う。この点で、第2実施形態は第1実施形態と異なる。
図31及び図32に示すように、第2実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法は、チャネル形成工程では、複数のチャネル245として、吐出チャネル245Aと、吐出チャネル245Aよりも溝深さが大きいダミーチャネル245Bとを形成し、無電解メッキ工程の後、アクチュエータプレート40の他方の主面40dを研削することにより、ダミーチャネル245Bを、アクチュエータプレート40の厚さ方向両端で開口させる研削工程を更に含む。
図33は、本発明の第3実施形態に係る絶縁膜56の形成領域の説明図であって、共通インク室341aと、図29に相当する断面図とを含む図である。
上記第1実施形態では、少なくとも共通インク室41aと平面視で重なる領域においてアクチュエータプレート40と電極50との間に絶縁膜56が形成されていた。これに対し、第3実施形態では、少なくとも共通インク室341aの第1開口部341bと平面視で重なる領域においてアクチュエータプレート40と電極50との間に絶縁膜56が形成される。この点で、第3実施形態は第1実施形態と異なる。
第1開口部341bは、アクチュエータプレート40の一方の主面40c側に開口する。
第2開口部341cは、アクチュエータプレート40の第1開口部341bとは反対側において第1開口部341bよりも小さい大きさで開口する。
以下、共通インク室341aにおいて、第1開口部341bが開口する領域K1(第1開口部341bと平面視で重なる領域)を「第1開口領域」という。
又、共通インク室341aにおいて、第2開口部341cが開口する領域K2(第2開口部341cと平面視で重なる領域)を「第2開口領域」という。
絶縁膜56は、少なくとも第1開口領域K1においてアクチュエータプレート40と電極50との間に形成される。
図34は、本発明の第4実施形態に係る絶縁膜56の形成領域の説明図であって、図33に相当する図である。
上記第3実施形態では、少なくとも第1開口領域K1においてアクチュエータプレート40と電極50との間に絶縁膜56が形成されていた。これに対し、第4実施形態では、図34に示すように、少なくとも第2開口領域K2においてアクチュエータプレート40と電極50との間に絶縁膜56が形成される。又、少なくとも傾斜領域Ksにおいてアクチュエータプレート40と電極50との間に絶縁膜56が形成される。これらの点で、第4実施形態は第3実施形態と異なる。
以下、吐出チャネル45Aが傾斜(湾曲)する領域Ksを「傾斜領域」という。
絶縁膜56は、少なくても傾斜領域Ksにおいてアクチュエータプレート40と電極50との間に形成される。
尚、傾斜領域Ksと第2開口領域K2とは一致してもよいし、一致しなくてもよい。
又、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としても構わない。
この場合には、例えばアクチュエータプレート40の他方の主面側にノズルプレート43を重ね合せ、吐出チャネル45Aの長手方向中央部分にノズル孔43aに連通する連通口を形成する等すれば良い。
Claims (10)
- 第1圧電基板と第2圧電基板とを積層して形成される圧電プレートと、
前記圧電プレートの一方の主面上に配置されると共に、インクが供給される共通インク室が形成されるカバープレートと、
前記圧電プレートに形成され、前記圧電プレートの一方の主面側に開口し、且つ、前記圧電プレートの厚さ方向に直交する方向に間隔をあけて並んだ複数の溝部と、
前記複数の溝部の内壁面上にそれぞれ形成されると共に、前記圧電プレートの一方の主面上にパターン形成される電極と、
少なくとも前記共通インク室と平面視で重なる領域において前記圧電プレートと前記電極との間に形成される絶縁膜と、
を備え、
前記絶縁膜は、表面が粗面化された酸化シリコン膜により形成される
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記電極は、無電解メッキによって析出された金属被膜により形成されることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記圧電プレートのうち前記電極が形成される電極形成領域の面粗度は、前記圧電プレートのうち前記電極が形成されない電極非形成領域の面粗度よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
- 第1圧電基板と第2圧電基板とを積層して形成される圧電プレートと、
前記圧電プレートの一方の主面上に配置されると共に、インクが供給される共通インク室が形成されるカバープレートと、
前記圧電プレートに形成され、前記圧電プレートの一方の主面側に開口し、且つ、前記圧電プレートの厚さ方向に直交する方向に間隔をあけて並んだ複数の溝部と、
前記複数の溝部の内壁面上にそれぞれ形成されると共に、前記圧電プレートの一方の主面上にパターン形成される電極と、
少なくとも前記共通インク室と平面視で重なる領域において前記圧電プレートと前記電極との間に形成される絶縁膜と、
を備え、
前記電極は、無電解メッキによって析出された金属被膜により形成され、
前記圧電プレートのうち前記電極が形成される電極形成領域の面粗度は、前記圧電プレートのうち前記電極が形成されない電極非形成領域の面粗度よりも大きい
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記絶縁膜は、表面が粗面化された酸化シリコン膜により形成されることを特徴とする請求項4に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記絶縁膜は、少なくとも前記共通インク室と平面視で重なる領域において前記複数の溝部の側壁面の全面に形成されることを特徴とする請求項1から5までの何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記共通インク室は、前記圧電プレートの一方の主面側に開口する第1開口部と、前記第1開口部とは反対側において前記第1開口部よりも小さい大きさで開口する第2開口部とを備え、
前記絶縁膜は、少なくとも前記第1開口部又は前記第2開口部と平面視で重なる領域において前記圧電プレートと前記電極との間に形成されることを特徴とする請求項1から6までの何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記複数の溝部は、前記圧電プレートの側面のうちノズルプレートとは反対側に位置する側面側ほど前記圧電プレートの一方の主面側に位置するように傾斜する傾斜領域を有し、
前記絶縁膜は、少なくとも前記傾斜領域において前記圧電プレートと前記電極との間に形成されることを特徴とする請求項1から7までの何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記複数の溝部は、前記インクが充填される液体噴射溝と、前記インクが充填されない液体非噴射溝とを含み、
前記液体噴射溝と前記液体非噴射溝とは、前記圧電プレートの厚さ方向に直交する方向に交互に並んで配置されることを特徴とする請求項1から8までの何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 - 請求項1から9までの何れか一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ることを特徴とする液体噴射装置。
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