JP6373067B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents
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Description
液体吐出ヘッドのノズルプレートに吐出口を600dpiや1200dpiで高密度に配置すると、吐出口同士の間隔が狭くなるため、吐出口同士の間の壁が薄くなってしまい、ノズルプレート全体の強度が低下してしまう。これにより、吐出口からインク等の液体を吐出する際に用いる熱エネルギーによって生じる応力に、ノズルプレート全体が変形させられ、特にノズルプレートの吐出口列方向の中央部が著しく変形させられてしまう。また、液体吐出ヘッドの長尺化によって、熱エネルギーによる応力がノズルプレートの吐出口列方向の中央部に集中しやすくなる。このようにノズルプレートが変形することによって、ノズルプレートに形成された吐出口が変形してしまい、ノズルプレートからの液体の吐出方向が所定の方向からずれてしまうおそれがあった。
吐出口に液体を供給するための共通液室に突出している突起(梁状突起)から吐出口に向かうように突出している柱状突起を有するノズルプレート(吐出口プレート)を含む液体吐出ヘッドが、特許文献2に開示されている。ノズルプレートに設けられた突起に加えて、突起から突出している柱状突起が設けられていることによって、ノズルプレート全体の剛性がさらに向上し、ノズルプレートが変形しにくくなる。
一方で、ノズルプレートに設けられた突起を大きくし、ノズルプレートの吐出口列方向の中央部が変形しないようにノズルプレート全体の剛性をさらに高めた場合には、応力はノズルプレート自体ではなく、ノズルプレートと基板との接着面に集中する。そのため、ノズルプレートの剥がれが発生してしまい、基板とノズルプレートとの隙間から液体の漏れが発生し、形成される画像の品位が低下してしまうおそれがあった。
また、設けられた溝部の幅が中央部と端部とで異なるため、ノズルプレート内に発生する熱エネルギーによる応力が分散され、溝部の中央部にかかる応力が溝部の端部にかかる応力に比べて小さくなる。これにより、ノズルプレートの中央部が変形しにくくなり、ノズルプレートの中央部の吐出口の変形が抑制され、所定の方向へ液体が吐出されるため、形成される画像の品位が低下しにくくなる。
さらに、ノズルプレートの中央部にかかる応力が小さくなることで、ノズルプレートと他の部材との接着面に応力が集中しなくなるため、ノズルプレートの剥がれが発生しにくくなる。ノズルプレート自体に応力が集中しても、ノズルプレートの吐出口方向の中央部にかかる応力が小さいため、ノズルプレート自体の変形は抑制される。よって、液体の漏れが発生しにくくなり、形成される画像の品位低下が抑えられる。
(第1の実施形態)
図1は、画像形成装置、複写機、通信システムを有するファクシミリ、画像形成部を有するワードプロセッサ、各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置等に搭載される一般的な液体吐出ヘッド5を示す斜視図である。この液体吐出ヘッド5は、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の種々の記録媒体に記録を行う際に用いられる。尚、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形等を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することも含んだ意味を示す。
基板3の一面には、複数のエネルギー発生素子12が列(本実施形態では一対の列)を成すように配置されており、エネルギー発生素子12の一対の列に挟まれるようにして、ノズルプレート1へ液体を供給する供給口11が設けられている。エネルギー発生素子12には、電気熱変換素子(ヒーター)または圧電素子(ピエゾ素子)等が用いられ、基板3の端部に設けられた複数の端子4によって、エネルギー発生素子12へ電力が供給される。
ノズルプレート1の一面には、基板3の一面に配置された各エネルギー発生素子12の直上にそれぞれ吐出口2が、第1の方向に少なくとも一つの列を成すように600dpiのドット密度で配置されている。本実施形態では、複数の吐出口2が形成する吐出口列2aが、第1の方向と交差する第2の方向に複数列形成されている。また、吐出口列2aとノズルプレート1の端部との間に、吐出口列2aに沿って複数の開口部10aが配列されてなる開口部列がノズルプレート1に設けられている。本実施形態では、一対の吐出口列2aを挟み込むように、一対の開口部列10が形成されている。ノズルプレート1の他面には、基板3の供給口11から供給された液体を吐出口2へ流す流路16を形成する窪みが設けられており、ノズルプレート1と基板3とが接着されることで、ノズルプレート1と基板3との間に流路16が形成される。この開口部列は少なくとも、ノズルプレートの端部とこの端部側に配される吐出口列との間に1列形成されていれば良いが、図2(b)に示すようにノズルプレートの両端部側に形成されていることが好ましい。またこの開口部列10は流路16とは連通していない。
開口部列10が設けられていると、ノズルプレート1の製造時に開口部列10を形成するために、開口部列10の形状をしたパターンが配置される。このパターンの周囲に、ノズルプレート1を形成するネガ型感光性樹脂が塗布され、パターンとネガ型感光性樹脂とが密着してネガ型感光性樹脂が塗布された状態を留めやすくなるため、ノズルプレート1の吐出口面が精度よく形成されやすくなる。
これに対して、本実施形態の液体吐出ヘッド5は、吐出口列2aに沿って開口部列10が形成されていることによって、図3(b)に示すように、ノズルプレート1にかかる熱エネルギーによる応力9が分散されやすくなる。特に、開口部列10の中央部の幅が広く、端部の幅が狭いことによって、ノズルプレート1の端部にかかる応力9に比べてノズルプレート1の中央部にかかる応力9が小さくなる。そのため、ノズルプレート1の中央部が応力9によって変形しにくくなり、図3(d)に示すように、ノズルプレート1の中央部の吐出口2の変形が抑制され、吐出される液滴13の方向が所定の方向からずれにくい。よって、記録媒体に液滴13が着弾する位置のずれも抑えられ、画像の品位低下が抑制される。また、ノズルプレート1の中央部にかかる応力9が小さいことで、ノズルプレート1の中央部が変形しにくくなるため、ノズルプレート1が基板3から剥がれにくくなり、液体の漏れが抑制され、形成される画像の品位低下が抑えられる。
初めに、一面に複数のエネルギー発生素子12が形成された基板3が準備される。本実施形態では、複数のエネルギー発生素子12は、基板3に一対の列をなすようにして配置されている。
次に、基板3の一面に、溶解可能なポジ型感光性樹脂がスピンコートによって塗布される。そして、隣り合う一対のエネルギー発生素子12同士を覆う露光マスクを用いてポジ型感光性樹脂を露光し現像することで、流路16の型材となるパターンが形成される。
続けて、基板3の一面に形成されたネガ型感光性樹脂に対して、吐出口2と開口部列10とが形成される部分がマスクで遮蔽されるようにしてパターン露光が行われる。パターン露光には、使用される光カチオン重合開始剤の感光領域に合わせて、紫外線、Deep−UV光、電子線、X線等が適宜用いられる。パターン露光の反応を促進させるために、ネガ型感光性樹脂が加熱処理されてもよい。ネガ型感光性樹脂に用いられるエポキシ樹脂のカチオン重合硬化物は常温では固体状で存在するため、パターン露光で生じるカチオン重合開始種の拡散が制約され、優れたパターニング精度及び形状が実現される。
ネガ型感光性樹脂は、パターン露光された後に溶剤を用いて現像されてノズルプレート1となり、ノズルプレート1には複数の吐出口2と開口部列10とが形成される。その後に、ノズルプレート1の吐出口面に親水処理が施され、異方性エッチング等によって基板3に供給口11が形成される。
図4(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、液体吐出ヘッド5のノズルプレート1に設けられた応力分散機能部としての溝部10が、開口部10aを用いずに連続する一対の溝から形成されている。この溝部10は吐出口列に沿って延在しており、溝部10の端部から中央部に向かってなだらかに溝部10の幅が広くなるように形成されている。
図4(e)、(f)に示すように、液体吐出ヘッド5のノズルプレート1に設けられた溝部10が、連続する一対の溝から成り、平面的にみた際に溝部10の端部から中央部に向かって階段状に溝部10の幅が広くなるように形成されている。この溝部10は、隣り合う吐出口2に応じて階段状の段の高さが異なるように構成されている。
図5に示すように、液体吐出ヘッド5のノズルプレート1に、複数の吐出口2が一対の列を成して1200dpiのドット密度で配置されている。開口部列10を構成する開口部10aは一つの吐出口2に対して一つずつ配置されているため、本変形例の開口部10aの数は第1の実施形態の開口部10aの数に比べて倍になっている。これらの開口部10aが端部から中央部に向かって幅が大きくなるように配列されて、開口部列10が形成されている。
また、液体吐出ヘッド5のノズルプレート1に端部から中央部に向かって幅が広がっている溝部や開口部列10が設けられていることによって、ノズルプレート1にかかる応力が分散されて小さくなる。そのため、ノズルプレート1の中央部が変形しにくくなり、ノズルプレート1の中央部の吐出口2の変形が抑制されて液滴13が所定の方向に吐出されることで、形成される画像の品位低下が抑制される。
さらに、ノズルプレート1の中央部にかかる応力が小さくなることで、ノズルプレート1と基板3との接着面に応力がかかりにくくなり、ノズルプレート1の剥がれが発生しにくくなる。よって、ノズルプレート1と基板3との間から液体の漏れが発生しにくくなり、形成される画像の品位低下が抑えられる。
図7は、本発明の第2の実施形態の液体吐出ヘッド5の素子基板6を示す平面図である。
液体吐出ヘッド5の素子基板6のノズルプレート1の一面には、1200dpiのドットと密度で配置された複数の吐出口2からなる吐出口列2aと、600dpiのドット密度で配置された複数の吐出口2からなる吐出口列2aと、が平行に形成されている。また、1200dpiの吐出口列2aとノズルプレート1の端部との間に、1200dpiの吐出口列2aに沿って開口部列10が設けられている。
開口部列10は、ノズルプレート1に設けられた穴である複数の開口部10aからなり、1200dpiで配置された一つの吐出口2に対して一つの開口部10aが配置されている。この開口部列10は、吐出口2の配列方向にみて、吐出口列の中央部に対応する位置の開口部列10の中央部の開口部10aの幅が、吐出口列の端部に対応する位置の開口部列10の端部の開口部10aの幅より広くなるように形成されている。
尚、その他の構成及び製造方法については第1の実施形態と同様のため省略する。
本変形例の液体吐出ヘッド5は、ノズルプレート1に吐出口2及び開口部列10を囲うようにして外周溝14が形成されている。外周溝14が形成されていることによって、さらにノズルプレート1の吐出口面が精度よく形成されやすくなるため、吐出口2から吐出される液滴13が所定の方向に吐出されやすい。
尚、本実施形態及び本変形例では、ドット密度の高い吐出口列2aとノズルプレート1の端部との間にのみ開口部列10が設けられた構成を説明したが、ドット密度の低い吐出口列2aとノズルプレートの端部との間に開口部列10が設けられていてもよい。この場合においても、開口部列10の中央部の幅が広く、端部の幅が狭くなるように開口部列10が形成されることによって、ドット密度の低い吐出口列2aが形成されている側のノズルプレート1の中央部にかかる応力が分散される。そのため、ノズルプレート1が変形しにくくなり、画像の品位低下が抑制される。
図9(a)は本発明の第3の実施形態の液体吐出ヘッド5の素子基板6を示す平面図である。
図9(a)に示すように、液体吐出ヘッド5の素子基板6のノズルプレート1の一面には、複数の吐出口2によって形成された吐出口列2aが複数配置されている。本実施形態では、吐出口列2aが複数対配置されている。吐出口列2aが複数対配置されていることによって、互いに異なる種類の液体が対を成す吐出口列2aのそれぞれから吐出される。また、吐出口列2aに平行なノズルプレート1の端部に最も近接している対を成す吐出口列2aを挟み込むように、吐出口列2aに沿って配置された一対の開口部列10が、ノズルプレート1に設けられている。吐出口列2aに平行なノズルプレート1の端部に最も近接している吐出口列2a以外の吐出口列2aの周囲には、開口部列10は設けられていない。
尚、その他の構成及び製造方法については第1の実施形態と同様のため省略する。
本実施形態では、吐出口列2aに平行なノズルプレート1の端部に近接している一対の吐出口列2aを挟み込むように開口部列10が設けられているため、ノズルプレート1にかかる応力が分散する。開口部列10は、中央部の幅が広く、端部の幅が狭くなるように構成されているため、特に、開口部列10の中央部にかかる応力9が分散される。従って、ノズルプレート1の中央部にかかる応力が抑制され、ノズルプレート1の中央部が変形しにくくなり、ノズルプレート1の中央部の吐出口2の変形が抑制され、吐出される液滴13の方向が所定の方向からずれにくい。よって、記録媒体に液滴13が着弾する位置のずれも抑えられ、画像の品位低下が抑制される。また、ノズルプレート1の中央部にかかる応力9が小さいことで、ノズルプレート1の中央部が変形しにくくなるため、ノズルプレート1が基板3から剥がれにくくなり、液体の漏れが抑制され、形成される画像の品位低下が抑えられる。
本変形例では、第3の実施形態の構成に対して、吐出口列2aとノズルプレート1の端部との間にのみ、中央部の幅が広く端部の幅が狭い開口部列10が設けられている。
液体吐出ヘッド5の稼働時間が短く、熱エネルギーによる応力9が発生しにくい状況では、吐出口列2aとノズルプレート1の端部との間のみに開口部列10が設けられていれば、応力9が十分に分散される。従って、本変形例においても、第3の実施形態と同様の効果が得られる。
2 吐出口
3 基板
5 液体吐出ヘッド
10 溝部(開口部列)
11 供給口
12 エネルギー発生素子
14 外周溝
16 流路
Claims (9)
- 液体を吐出するための複数の吐出口が第1の方向に配列されてなる吐出口列が前記第1の方向と交差する第2の方向に複数列形成されているノズルプレートと、液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える素子基板と、を備える液体吐出ヘッドであって、
前記ノズルプレートには、前記第1の方向の中央部における前記第2の方向の長さが、前記第1の方向の端部における前記第2の方向の長さより長い、前記第1の方向に延在する溝部が形成されており、
前記溝部は、少なくとも前記ノズルプレートの前記第2の方向における端部と前記端部側に配されている吐出口列との間に形成されており、
前記ノズルプレートには、前記吐出口列と前記溝部とを囲う外周溝が形成されている、液体吐出ヘッド。 - 前記ノズルプレートと前記素子基板との間に、前記エネルギー発生素子に液体を供給するための流路が形成されており、前記流路は前記溝部とは連通していない、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ノズルプレートの前記第2の方向における両端部側に前記溝部が形成されている、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記溝部の前記第2の方向の長さは、前記第1の方向の中央部から端部に向かって徐々に短くなる、請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出するための複数の吐出口が第1の方向に配列されてなる吐出口列が前記第1の方向と交差する第2の方向に複数列形成されているノズルプレートと、液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える素子基板と、を備える液体吐出ヘッドであって、
前記ノズルプレートの少なくとも前記第2の方向における端部と前記端部側に配されている吐出口列との間に、複数の開口部が前記第1の方向に配列されてなる開口部列が形成されており、前記開口部列に含まれる複数の前記開口部において、前記第1の方向の中央部に配されている前記開口部の前記第2の方向の長さは、前記第1の方向の端部に配されている前記開口部の前記第2の方向の長さより長い、液体吐出ヘッド。 - 前記ノズルプレートと前記素子基板との間に、前記エネルギー発生素子に液体を供給するための流路が形成されており、前記複数の開口部は前記流路とは連通していない、請求項5に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ノズルプレートの前記第2の方向における両端部側に前記開口部列が形成されている、請求項5または6に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ノズルプレートには、前記吐出口列と前記開口部列とを囲う外周溝が形成されている、請求項5から7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記開口部の前記第2の方向の長さは、前記第1の方向の中央部から端部に向かって徐々に短くなる、請求項5から8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
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